8.2) Световое излучение

По своей при­роде световое излучение ядерного взрыва — совокупность видимого све­та и близких к нему по спектру уль­трафиолетовых и инфракрасных лучей. Источник светового излучения — светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве). Тем­пература светящейся области в тече­ние некоторого времени сравнима с температурой поверхности солнца (максимум 8000 — 10000 и минимум 1800 °С). Размеры светящейся области и ее температура быстро изменяются во времени. Продолжительность све­тового излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд. При воздушном взрыве ядерного боеприпаса мощ­ностью 20 кт световое излучение про­должается 3 с, термоядерного заряда 1Мт — 10с. Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом. Световым импульсом на­зывается отношение количества свето­вой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпен­дикулярно распространению световых лучей. Единица светового импульса — джоуль на квадратный метр (Дж/м²) или калория на квадратный сантиметр (кал/см²).

1 Дж/м²=23,9* 10-6кал/см²; 1 кДж/ м²= 0,0239 кал/см²; 1 кал/см² = 40 кДж/м². Световой импульс зави­сит от мощности и вида взрыва, рас­стояния от центра взрыва и ослабле­ния светового излучения в атмосфере, а также от экранирующего воздейст­вия дыма, пыли, растительности, неровностей местности и т.д.

При наземных и надводных взры­вах световой импульс на тех же рас­стояниях меньше, чем при воздушных взрывах такой же мощности. Это объ­ясняется тем, что световой импульс излучает полусфера, хотя и большего диаметра, чем при воздушном взрыве. Что касается распространения свето­вого излучения, то большое значение имеют другие факторы. Во-первых, часть светового излучения поглощает­ся слоями водяных паров и пыли непо­средственно в районе взрыва. Во-вто­рых, большая часть световых лучей прежде, чем достичь объекта на по­верхности земли, должна будет прой­ти воздушные слои, расположенные близко к земной поверхности. В этих наиболее насыщенных слоях атмосфе­ры происходит значительное поглоще­ние светового излучения молекулами водяных паров и двуокиси углерода; рассеяние в результате наличия в воз­духе различных частиц здесь также гораздо большее. Кроме того, необхо­димо учитывать рельеф местности. Количество световой энергии, достига­ющей объекта, находящегося на опре­деленном расстоянии от наземного взрыва, может составлять для малых расстояний порядка трех четвертей, а на больших—половину импульса при воздушном взрыве такой же мощности.

При подземных или подводных взрывах поглощается почти все свето­вое излучение.

При ядерном взрыве на большой высоте рентгеновские лучи, излучае­мые исключительно сильно нагретыми продуктами взрыва, поглощаются большими толщами разреженного воз­духа. Поэтому температура огненного шара (значительно больших размеров, чем при воздушном взрыве) ниже. Для высот порядка 30—100 км на све­товой импульс расходуется около 25— 35 % всей энергии взрыва.

Обычно для целей расчета пользу­ются табличными данными зависимо­стей световых импульсов от мощности и вида взрыва и расстояния от центра (эпицентра) взрыва. Эти данные приведены для очень прозрач­ного воздуха с учетом возможности рассеяния и поглощения атмосферой энергии светового излучения.

При оценке светового импульса не­обходимо учитывать возможность воз­действия отраженных лучей. Если земная поверхность хорошо отражает свет (снежный покров, высохшая тра­ва, бетонное покрытие и др.), то пря­мое световое излучение, падающее на объект, усиливается отраженным. Суммарный световой импульс при воздушном взрыве может быть боль­ше прямого в 1,5 — 2 раза. Если взрыв происходит между облаками и землей, то световое излучение, отраженное от облаков, действует на объекты, за­крытые от прямого излучения.

Световой импульс, отраженный от облаков, может достигать половины прямого импульса.

Воздействие светового из­лучения на людей и сельскохозяйственных животных. Световое излучение ядерною взрыва при непосредственном воздействии вы­зывает ожоги открытых участков тела, временное ослепление или ожоги сет­чатки глаз. Возможны вторичные ожо­ги, возникающие от пламени горящих зданий, сооружений, растительности,

воспламенившейся или тлеющей оде­жды.

Независимо от причин возникнове­ния, ожоги разделяют по тяжести по­ражения организма.

Ожоги первой степени выражают­ся в болезненности, покраснении и припухлости кожи. Они не представ­ляют серьезной опасности и быстро вылечиваются без каких-либо послед­ствий. При ожогах второй степени об­разуются пузыри, заполненные проз­рачной белковой жидкостью; при по­ражении значительных участков кожи человек может потерять на некоторое время трудоспособность и нуждается в специальном лечении. Пострадавшие с ожогами первой и второй степеней, достигающими даже 50—60 % поверх­ности кожи, обычно выздоравливают. Ожоги третьей степени характеризу­ются омертвлением кожи с частичным поражением росткового слоя. Ожоги четвертой степени: омертвление кожи и более глубоких слоев тканей (подкож­ной клетчатки, мышц, сухожилий кос­тей). Поражение ожогами третьей и четвертой степени значительной части кожного покрова может привести к смертельному исходу. Одежда людей и шерстяной покров животных защищает кожу от ожогов. Поэтому ожоги чаще бывают у людей на открытых частях тела, а у живот­ных — на участках тела, покрытых ко­ротким и редким волосом. Импульсы светового излучения, необходимые для поражения кожи животных, покрытой волосяным покровом, более высокие.

Степень ожогов световым излуче­нием закрытых участков кожи зависит от характера одежды, ее цвета, плот­ности и толщины. Люди, одетые в сво­бодную одежду светлых тонов, одеж­ду из шерстяных тканей, обычно мень­ше поражены световым излучением, чем люди, одетые в плотно прилегаю­щую одежду темного цвета или про­зрачную, особенно одежду из синте­тических материалов.

Большую опасность для людей и сельскохозяйственных животных пред­ставляют пожары, возникающие на объектах народного хозяйства в ре­зультате воздействия светового излу­чения и ударной волны. По данным иностранной печати, в городах Хиро­сима и Нагасаки примерно 50 % всех смертельных случаев было вызвано ожогами; из них 20 — 30 % — непосред­ственно световым излучением и 70 — 80 % — ожогами от пожаров.

Поражение глаз человека может быть в виде временного ослепления — под влиянием яркой световой вспыш­ки. В солнечный день ослепление длит­ся 2 — 5 мин, а ночью, когда зрачок сильно расширен и через него прохо­дит больше света, — до 30 мин и бо­лее. Более тяжелое (необратимое) по­ражение — ожог глазного дна — воз­никает в том случае, когда человек или животное фиксирует свой взгляд на вспышке взрыва. Такие необратимые поражения возникают в результате концентрированного (фокусируемого хрусталиком глаза) на сетчатку глаза прямо падающего потока световой энергии в количестве, достаточном для ожога тканей. Концентрация энергии, достаточной для ожога сетчатой обо­лочки, может произойти и на таких расстояниях от места взрыва, на кото­рых интенсивность светового излучения мала и не вызывает ожогов кожи. В США при испытательном взрыве мощ­ностью около 20 кт отметили случаи ожога сетчатки на расстоянии 16 км от эпицентра взрыва, на расстоянии, где прямой световой импульс составлял примерно 6 кДж/м² (0,15 кал/см²). При закрытых глазах временное ослеп­ление и ожоги глазного дна исключа­ются.

Защита от светового излучения бо­лее проста, чем от других поражаю­щих факторов. Световое излучение распространяется прямолинейно. Лю­бая непрозрачная преграда, любой объект, создающий тень, могут слу­жить защитой от него. Используя для укрытия ямы, канавы, бугры, насыпи, простенки между окнами, различные виды техники, кроны деревьев и т. п., можно значительно ослабить или вовсе избежать ожогов от светового излуче­ния. Полную защиту обеспечивают убежища и противорадиационные ук­рытия.

Тепловое воздействие на материалы. Энергия светового им­пульса, падая на поверхность предме­та, частично отражается его поверхно­стью, поглощается им и проходит че­рез него, если предмет прозрачный. Поэтому характер (степень) пораже­ния элементов объекта зависит как от светового импульса и времени его дей­ствия, так и от плотности, теплоемкос­ти, теплопроводности, толщины, цве­та, характера обработки материалов, расположения поверхности к падаю­щему световому излучению, — всего, что будет определять степень поглоще­ния световой энергии ядерного взры­ва.

Световой импульс и время высве­чивания светового излучения зависят от мощности ядерного взрыва. При продолжительном действии светового излучения происходит больший отток тепла от освещенной поверхности в глубь материала, следовательно, для нагрева ее до той же температуры, что и при кратковременном освещении, требуется большее количество свето­вой энергии. Поэтому, чем выше тротиловый эквивалент, тем больший све­товой импульс требуется для воспла­менения материала. И, наоборот, рав­ные световые импульсы могут вызвать большие поражения при меньших мощностях взрывов, так как время их высвечивания меньше (наблюдаются на меньших расстояниях), чем при взрывах большой мощности.

Тепловое воздействие проявляется тем сильнее в поверхностных слоях материала, чем они тоньше, менее про­зрачны, менее теплопроводны, чем меньше их сечение и меньше удельный вес. Однако, если световая поверхность материала быстро темнеет в началь­ный период действия светового излуче­ния, то остальную часть световой энер­гии она поглощает в большем количе­стве, как и материал темного цвета. Если же под действием излучения на поверхности материала образуется большое количество дыма, то его эк­ранирующее действие ослабляет общее воздействие излучения.

К материалам и предметам, спо­собным легко воспламеняться от све­тового излучения, относятся: горючие газы, бумага, сухая трава, солома, су­хие листья, стружка, резина и резино­вые изделия, пиломатериалы, деревян­ные постройки.

Пожары на объектах и в населенных пунктах возникают от светового излучения и вторичных факторов, вызванных воздействием ударной волны. Наименьшее избыточ­ное давление, при котором могут воз­никнуть пожары от вторичных при­чин, — 10 кПа (0,1 кгс/см²). Возгора­ние материалов может наблюдаться при световых импульсах 125 кДж (3 кал/см²) и более. Эти импульсы светового излучения в ясный солнеч­ный день наблюдаются на значительно больших расстояниях, чем избыточное давление во фронте ударной волны

10 кПа. Так, при воздушном ядерном взрыве мощностью 1 Мт в ясную сол­нечную погоду деревянные строения могут воспламеняться на расстоянии до 20 км от центра взрыва, автотранс­порт — до 18 км, сухая трава, сухие листья и гнилая древесина в лесу — до 17 км. Тогда, как действие избыточ­ного давления 10 кПа для данного взрыва отмечается на расстоянии 11 км. Большое влияние на возникнове­ние пожаров оказывает наличие горю­чих материалов на территории объек­та и внутри зданий и сооружений. Све­товые лучи на близких расстояниях от центра взрыва падают под большим углом к поверхности земли; на боль­ших расстояниях — практически па­раллельно поверхности земли. В этом случае световое излучение проникает через застекленные проемы в помеще­ния и может воспламенять горючие материалы, изделия и оборудование в цехах предприятий большинство сор­тов хозяйственных тканей, резины и резиновых изделий загорается при световом импульсе 250—420 кДж/м² (6—10 кал/см²).

Распространение пожаров на объ­ектах народного хозяйства зависит от огнестойкости материалов, из которых возведены здания и сооружения, изго­товлено оборудование и другие элемен­ты объекта; степени пожарной опас­ности технологических процессов, сы­рья и готовой продукции; плотности и характера застройки.

С точки зрения производства спаса­тельных работ пожары классифициру­ют по трем зонам: зона отдельных по­жаров, зона сплошных пожаров и зона горения и тления в завалах. Зона по­жаров представляет территорию, в пре­делах которой в результате воздейст­вия оружия массового поражения и других средств нападения противника или стихийного бедствия возникли по­жары.

Зоны отдельных пожаров пред­ставляют собой районы, участки заст­ройки, на территории которых пожа­ры возникают в отдельных зданиях, со­оружениях. Маневр формирования между отдельными пожарами без средств тепловой защиты возможен.

Зона сплошных пожаров — терри­тория, на которой горит большинство сохранившихся зданий. Через эту тер­риторию невозможен проход или на­хождение на ней формирований без средств защиты от теплового излуче­ния или проведения специальных про­тивопожарных мероприятий по лока­лизации или тушению пожара.

Зона горения и тления в завалах представляет собой территорию, на ко­торой горят разрушенные здания и со­оружения I, II и III степени огнестой­кости. Она характеризуется сильным задымлением: выделением окиси угле­рода и других токсичных газов и про­должительным (до нескольких суток) горением в завалах. Сплошные пожа­ры могут развиться в огневой шторм, представляющий собой особую форму пожара. Огневой шторм характеризу­ется мощными восходящими вверх по­токами продуктов сгорания и нагрето­го воздуха, создающими условия для ураганного ветра, дующего со всех сто­рон к центру горящего района со ско­ростью 50—60 км/ч и более. Образование огненных штормов возможно на участках с плотностью застройки зда­ниями и сооружениями III, IV и V сте­пени огнестойкости не менее 20 %. По­следствием воспламеняющего действия светового излучения могут быть об­ширные лесные пожары. Возникнове­ние и развитие пожаров в лесу зависит от времени года, метеорологических условий и рельефа местности. Сухая погода, сильный ветер и ровная мест­ность способствуют распространению пожара. Лиственный лес летом, когда деревья имеют зеленые листья, заго­рается не так быстро и горит с мень­шей интенсивностью, чем хвойный. Осенью световое излучение ослабляет­ся кронами меньше, а наличие сухих опавших листьев и сухой травы спо­собствует возникновению и распрост­ранению низовых пожаров. В зимних условиях возможность возникновения пожаров уменьшается в связи с нали­чием снежного покрова.