Лекции по "Металлическим конструкциям"

    ГОУ ВПО  «Омский государственный технический  университет»

              Секция 280103 - «Защита в чрезвычайных  ситуациях»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция  2.

Воздействие поражающих факторов ядерного оружия, обычных средств

 поражения и основных АХОВ на население и объекты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОМСК-2010

 

 

Учебные цели:

1 Изучить характеристику очага ядерного поражения.

  2 Изучить характеристику очагов поражения обычных средств

  поражения

          3 Ознакомить с воздействием токсичных свойств основных АХОВ на

              население

 

Место проведения занятия: класс инженерной защиты № 310.

Время: 90 мин.

Учебные вопросы и расчет времени:

 

Проверка подготовленности студентов к занятию. Введение		3 мин.
1-й учебный  вопрос	Краткая характеристика очага ядерного поражения	30 мин.
2-й учебный  вопрос	Краткая характеристика очагов поражения обычных средств  поражения	30 мин.
3-й учебный  вопрос	Воздействие токсичных  свойств основных АХОВ на население	25 мин.
Подведение итогов занятий. Заключение		2 мин.
Итого		90 мин.

Литература:

1 Защита населения  и территорий в чрезвычайных  ситуациях / Под общей редакцией  Фалеева М.И.. ГУН «Облиздат» г.  Калуга, 2001. - 98 с.

2 Защита объектов народного  хозяйства от оружия массового  поражения: Справочник / Под ред.  Г.П. Демиденко. – К.: Высш. шк. Головное изд-во, 1987. – 256 с.

3 Организация и ведение  ГО и защиты населения и  территорий от ЧС природного и техногенного характера (учебное пособие для преподавателей и слушателей УМЦ, курсов ГО и работников ГОЧС предприятий, организаций и учреждений) / Под редакцией Кириллова. - М.: Институт риска и безопасности, 2005. – 512 с.

4 Инженерная защита  населения и территорий в чрезвычайных  ситуациях. Учебник (Шульгин В.Н.  и др.) – часть 1, том 1 для  преподавателей и обучаемых Института развития МЧС России. Под общей редакцией доктора химических наук, профессора Мищенко В.Ф. – М.: АГЗ, 2005. - 168 с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Краткая характеристика очага ядерного поражения

 

Ядерное оружие на настоящий  момент является самым мощным оружием  массового поражения, обладающим такими поражающими факторами, как:

- ударная волна;

- световое излучение;

- проникающая радиация;

- радиоактивное заражение  и электромагнитный импульс

Ударная волна является основным поражающим фактором ядерного взрыва (рис. 1.1).

.

 

Рисунок 1.1 -  Изменение давления в точке пространства при прохождении

                        через нее воздушной ударной  волны

 

Воздушная ударная волна  представляет собой зону сильного сжатия воздуха, распространяющуюся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница ударной волны называется фронтом.

Основными параметрами ударной  волны, определяющими ее поражающее действие, являются избыточное давление ΔР_ф, скоростной напор ΔР_ск  и время действия ударной волны t_ув

Избыточное давление во фронте ударной волны ΔР_ф - это разница между максимальным давлением воздуха во фронте ударной волны Р_ф и атмосферным давлением Р₀, которая является основной характеристикой воздушной ударной волны, т.к. определяет скачок давления, который происходит практически мгновенно при подходе волны к месту регистрации давления. Единицей физической величины ΔР_ф является паскаль (Па) или кгс/см² (1 кгс/см² ≈ 10⁵ Па).

Скоростной напор ΔР_ск - это динамические нагрузки, создаваемые потоками воздуха. Скоростной напор зависит от плотности воздушных масс и связан с избыточным давлением ударной волны. Разрушительное действие скоростного напора заметно сказывается в местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с.

Время действия ударной волны t_ув - это время действия избыточного давления, величина которого зависит от мощности взрыва и измеряется в секундах.

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой электромагнитное излучение оптического диапазона в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. При этом источником светового излучения является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров материалов ядерного боеприпаса и воздуха, а при наземных взрывах - и испарившегося грунта.

Основным параметром, характеризующим  поражающее действие светового излучения, является световой импульс - количество световой энергии, падающей на 1 см² освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, за все время свечения области взрыва. Световой импульс измеряется в Дж/м². Продолжительность светового импульса t_c (в секундах) зависит от мощности боеприпаса и определяется по формуле (1.1):

 

                                                 t_C = q^1/3,                                                        (1.1)

 

где q - мощность боеприпаса, кт.

Энергия светового излучения  поглощается поверхностями освещаемых тел, которые при этом нагреваются.

Так поражение людей  световым излучением выражается в появлении ожогов различных степеней открытых и защищенных одеждой участков кожи, а также в поражении глаз. Ожоги могут возникать как непосредственно от излучения, так и от пламени, возникшего при возгорании от светового излучения различных материалов.

Степень воздействия светового излучения на здания, сооружения, технику и т.д. зависит от свойств их конструктивных материалов и проявляется в оплавлении, обугливании и их воспламенении.

Проникающая радиация ядерного взрыва представляет собой поток гамма-излучения и нейтронов.

Гамма-излучение и  нейтронное излучение различны по своим  физическим свойствам, но распространяются в воздухе одинаково - во все стороны  на расстояния 2,5-3 км.

Источником проникающей  радиации являются ядерные реакции деления и синтеза, протекающие в боеприпасах в момент взрыва, а также радиоактивный распад осколков деления. При этом время действия проникающей радиации при взрыве зарядов не превышает нескольких секунд.

Поражающее действие проникающей радиации характеризуется дозой излучения, т.е. количеством энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают экспозиционную дозу и поглощенную дозу.

При этом поглощенная  доза более точно определяет воздействие  ионизирующих излучений на биологические ткани организма. Она измеряется в радах (1 рад = 0,001 Дж/кг = 100 эрг/г поглощенной тканями энергии). Единицей измерения поглощенной дозы в системе СИ является грей (1 Гр=1 Дж/кг = 100 рад).

Поражающее воздействие  проникающей радиации на людей зависит  от дозы излучения и времени, прошедшего после взрыва. В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни: I степень (легкая) возникает при суммарной дозе излучения 150-250 рад; II степень (средняя) – 250-400 рад; III степень (тяжелая) – 400-700 рад; IV степень – свыше 700 рад.

Радиоактивное заражение  местности, приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, воды и других объектов возникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва.

Особенность радиоактивного заражения, как поражающего фактора, определяется тем, что высокие уровни радиации могут наблюдаться не только вблизи места взрыва, но и на большом удалении от него, а также опасностью радиоактивного заражения в течение нескольких суток и даже недель после взрыва.

Причиной заражения местности  являются оседание осколков деления  и образование наведенной активности. При этом границы зон радиоактивного заражения местности по степени опасности по следу облака взрыва принято делить на четыре зоны (рис. 1.2).

 

 

Рисунок 1.2 -  Схема радиоактивного заражения местности в районе взрыва

                               по следу движения облака

 

Зона А - умеренного заражения характеризуется дозой излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны Д_∞ = 40 рад, на внутренней границе Д_∞ = 400 рад.

Зона Б - сильного заражения. Дозы излучения на границах равны соответственно Д_∞ = 400 рад и Д_∞ = 1200 рад.

Зона В - опасного заражения характеризуется дозами излучения на границах Д_∞ = 1200 рад и Д_∞ = 4000 рад, а зона Г - чрезвычайно опасного заражения - Д_∞ = 4000 рад и Д_∞ = 7000 рад.

Ядерные взрывы в атмосфере  и в более высоких слоях  приводят к возникновению мощных электромагнитных полей с длинами волн от 1 до 1 000 м и более. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом.

Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной протяженности, расположенных в воздухе, земле, на технике и других объектах.

Поражающее действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, находящейся на объектах. ЭМИ вызывает пробой изоляции, повреждение полупроводниковых приборов и других элементов радиотехнических устройств. Если ядерные взрывы произойдут вблизи линий энергоснабжения и связи, имеющих большую протяженность, то наведенные в них напряжения могут по проводам распространяться на значительные расстояния, вызывая при этом повреждения радиоаппаратуры и находящихся вблизи нее людей.

При ядерном взрыве на местности образуется очаг ядерного поражения -  территория, в пределах которой произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения зданий и сооружений. При этом разрушения, пожары и поражения людей происходят в результате ударной волны, светового излучения, проникающей радиации и радиоактивного заражения местности, а также воздействия электромагнитного импульса [1, 2, 3].

Граница очага ядерного поражения принимается условная линия, за пределами которой возникают лишь незначительные повреждения зданий и пожары. Такие повреждения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны около 10 кПа.

Радиус зон очага  ядерного поражения, как правило, зависит  от мощности взрыва (q), вида взрыва, характера застройки и рельефа местности. При этом площадь очага ядерного взрыва для равнинной местности приблизительно можно принять за площадь круга и вычислить по формуле:

 

                                               S = π · R² ,                                                    (1.2)

 

где  R - расстояние (радиус, км) от центра взрыва до границы очага ядерного

             поражения – до точки с избыточным  давлением 10 кПа (находим по

             таблице приложения 1 [1] для заданной  мощности боеприпаса и вида

             взрыва или для города как  радиус зоны поражения города).

Различные разрушения зданий и сооружений, вызываемые действием, воздушной ударной волны, определяются, в основном, значениями ΔР_ф и t_ув. Степень воздействия избыточного давления и скоростного напора в повреждении или разрушении объектов зависит от размеров, конструкции объекта и степени его связи с земной поверхностью

В зависимости от характера  разрушений и объема АСР очаг ядерного поражения принято делится на четыре зоны (рис. 1.3).

 

 

I, II,  III и IV – зоны соответственно слабых, средних, сильных и полных

разрушений; 1 – зоны радиоактивного заражения (А, Б, В и Г – зоны

соответственно умеренного, сильного, опасного и чрезвычайно  опасного);

2 – направление ветра; R – радиус очага ядерного поражения

 

Рисунок 1.3 – Зоны разрушение и радиоактивного заражения местности

 

Зона полных разрушений характеризуется избыточным давлением  на фронте воздушной ударной волны 50 кПа и выше. В этой зоне полностью  разрушаются жилые и промышленные здания и сооружения, а также ПРУ и часть убежищ, находящихся в районе эпицентра взрыва. Образуются сплошные завалы. Воспламенившиеся от светового излучения горящие конструкции разбрасываются и засыпаются обломками разрушившихся зданий, вызывая сильное задымление.

Зона сильных разрушений характеризуется избыточным давлением  во фронте ударной волны от 50 до 30 кПа. В этой зоне сильно разрушаются  промышленные здания и полностью жилые здания. В результате разрушения зданий образуются местные и сплошные завалы. От светового излучения возникают сплошные пожары.

Зона средних разрушений образуется при избыточном давлении во фронте ударной волны от 30 до 2- кПа. В пределах этой зоны здания и сооружения получают средние разрушения, деревянные постройки полностью разрушаются, образуются отдельные завалы и сплошные пожары.