[科普中國]-核爆炸效應(yīng)

光輻射

光輻射是核爆炸的基本殺傷破壞因素之一。它大約占核爆炸釋放總能量的 35%，殺傷破壞作用僅次于沖擊波?？罩斜〞r(shí)，特別是在晴天的情況下，光輻射殺傷破壞范圍最大。

①光輻射的形成和傳播

當(dāng)核武器在空中爆炸時(shí)，彈體中的高能粒子所產(chǎn)生的電磁輻射被幾厘米厚的空氣層完
全吸收。使得周圍空氣的溫度急驟上升到幾十萬度。因此在核爆炸反應(yīng)區(qū)內(nèi)，除了爆炸氣體外，還有熾熱的空氣。結(jié)果在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成一個(gè)高溫高壓的熾熱氣團(tuán)——火球，并向周圍發(fā)射光輻射。就光輻射的整體過程來說，
光球所發(fā)射的光輻射包括 X 射線、紫外線、可見光和紅外線幾部分。

②光輻射的特性

傳播速度快：光輻射以光速(300000 米 /秒)作直線傳播，它可被物體吸收、反射和遮擋，并能透過透明物體，在大氣中的傳播會(huì)被各種氣體分子、水蒸氣、塵埃等微粒散射、吸收而減弱。

熱效應(yīng)強(qiáng)：光輻射的能量很大，被物體吸收后，主要轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使之溫度升高，其?qiáng)弱程度用“光沖量”表示。光沖量是指火球在整個(gè)發(fā)光時(shí)間內(nèi)投射到與光輻射傳播方向垂直的單位面積上的光能量，其單位為：卡 /平方厘米。光輻射遇到不透明物體時(shí)，大部分被吸收，小部分被反射；遇到透明物體時(shí)大部分能通過，小部分被吸收;遇到白色或淺色且表面光滑的物體時(shí)，大部分被反射，小部分被吸收；遇到黑色或深色且表面粗糙的物體時(shí)則大部分被吸收， 小部分被反射。

作用時(shí)間短：光輻射的能量釋放時(shí)間雖短但仍有個(gè)過程，作用時(shí)間隨當(dāng)量增大而延長，通常只有零點(diǎn)幾秒到十幾秒。天氣、地形等自然條件對光輻射的影響明顯。光輻射通過空氣、霧、雨、雪等都能使其能量減弱。在橫向溝壕、峽谷或高地、山地背向爆心一面可部分或全部遮擋光輻射的直射通過云、霧、雨、雪、沙塵時(shí)，光沖量可能減弱 20%～30%,而由于水面或冰雪覆蓋地面的反射，光沖量可增強(qiáng) 40%～90%。

③光輻射的殺傷破壞作用

光輻射能引起人員的直接燒傷和間接燒傷。直接燒傷是指光輻射直接照射到人體上引起的燒傷，它往往發(fā)生在人員朝向爆心一側(cè)的暴露部位的皮膚和黏膜，如手、臉、頸部等處。其燒傷程度主要取決于光沖量的大小。除
直接燒傷外，還可能因?yàn)榉b、工事、建筑物或裝備器材的燃燒而引起間接燒傷。在多數(shù)情況下，兩類燒傷會(huì)綜合發(fā)生。在城市中核爆炸引起的火災(zāi)，間接燒傷將成為突出的問題。如在廣島和長崎的死傷人員中間接燒傷占有相當(dāng)高的比例。在核爆炸中，當(dāng)人員直視火球時(shí)，強(qiáng)烈閃光可造成眼角膜和視網(wǎng)膜燒傷，并使人遭受閃光盲。當(dāng)人員吸入灼熱的空氣時(shí)還能導(dǎo)致呼吸道灼傷，輕者咽喉腫痛、咳嗽、聲音嘶啞, 重者會(huì)呼吸困難以至發(fā)生肺水腫，窒息而死。

光輻射可以使各種易燃物質(zhì)如紙張、草木、紡織品、塑料、橡膠等炭化和燃燒，使城市造成大火災(zāi)。對于不能燃燒的物體， 也會(huì)因光輻射的光沖量大而被熔融。如土地表面能溶融成大小不一的玻璃狀球體

沖擊波核武器爆炸的沖擊波是指從爆心呈球形向四周傳播的高速高壓氣浪，它是核武器的基本殺傷因素，占核爆炸總能量 50%。沖擊波可在空氣、水和土壤等介質(zhì)中傳播。

①?zèng)_擊波的形成與傳播

核爆炸時(shí)所形成的高溫高壓火球猛烈膨脹，急劇地壓縮周圍空氣而形成一個(gè)高于大氣壓的壓縮區(qū)，隨著火球的膨脹，壓縮區(qū)按慣性繼續(xù)擴(kuò)大，到一定時(shí)刻便脫離火球，其后即出現(xiàn)一個(gè)低于大氣壓的稀疏區(qū)，壓縮區(qū)與稀疏區(qū)緊密相連迅速向外傳播而形成沖擊波。壓縮區(qū)前界(通常稱為沖擊波波陣面)上超過正常大氣壓的那部分壓力稱為超壓，單位是 kPa(1Pa=1N/m㎡)；動(dòng)壓是指位于波陣面上的高速氣流所形成的沖擊力；稀疏區(qū)內(nèi)的氣壓稱為負(fù)壓，其運(yùn)行方向與超壓、動(dòng)壓傳播方向相反。

②沖擊波的特性
傳播速度快。沖擊波的傳播速度通常是指波陣面?zhèn)鞑サ乃俣龋猿羲購谋南蛩闹軅鞑?。一般超壓越大，沖擊波的傳播速度越快。開始時(shí)沖擊波傳播速度每秒可達(dá)數(shù)千米，隨著離爆心距離的增大，能量不斷消耗，傳播速度逐漸減小，當(dāng)超壓降到零(即壓強(qiáng)降到大氣壓)時(shí)，就成為普通的聲波在大氣中消失。
壓力大。沖擊波的超壓壓強(qiáng)可高達(dá)幾萬千帕。沖擊波到達(dá)時(shí)人和物體會(huì)同時(shí)受到超壓的擠壓作用和動(dòng)壓的沖擊、拋擲作用。作用時(shí)間短。沖擊波作用時(shí)間主要是指超壓對人員、物體作用的持續(xù)時(shí)間，它對核爆炸的殺傷破壞程度有直接影響。同樣超壓值作用于人員、物體，受超壓作用時(shí)間長，殺傷破壞就嚴(yán)重，反之則輕些。壓縮區(qū)的作用時(shí)間一般為幾秒，稀疏區(qū)的作用時(shí)間約為壓縮區(qū)的作用時(shí)間的 3 倍。

地形地物對沖擊波有影響。高山、山丘和建筑物等的正面可使沖擊波超壓增大 1 ～7倍，其反斜面可使超壓下降 60%～70%；谷地、凹地、壕溝等地背向爆心側(cè)壓力減弱，朝向爆心面壓力增大。
③沖擊波的殺傷破壞作用

沖擊波對人員可造成直接殺傷和間接殺傷。直接殺傷是指沖擊波超壓和動(dòng)壓直接作用于人體引起的損傷。超壓對人體的突然擠壓，可造成人員的耳鼓膜和心、肺、胃等內(nèi)臟出血或破裂損傷;動(dòng)壓可使人體被拋擲而撞擊地面或其他物體造成顱腦損傷、骨折、肝脾破裂、體表撕裂等損傷。另外，在沖擊波作用下，揚(yáng)起的沙塵可進(jìn)入口腔和呼吸道內(nèi)引起呼吸阻塞。

早期核輻射早期核輻射是指核爆炸最初十幾秒至幾十秒瞬間內(nèi)由火球煙云中輻射出來γ射線和中子流。在核爆炸總能量中約占 5%，它是核武器重要的殺傷破壞因素。
①早期核輻射的形成

中子流主要是由核裝料發(fā)生裂變或聚變反應(yīng)時(shí)的瞬間放出的；γ射線主要是核裂碎片在衰變過程中以及空氣中的氮原子核在中子作用下放出來的。
②早期核輻射的特性

傳播速度快。γ射線是以光速傳播的，中子流的速度可達(dá)幾千——幾萬km / s 。當(dāng)發(fā)現(xiàn)核爆炸閃光時(shí)，人員已受到早期核輻射的作用了。
有貫穿作用和電離作用。γ射線和中子流有很強(qiáng)的穿透力，能穿透人體和較厚的物質(zhì)層， 因此又稱為貫穿輻射。γ射線與物質(zhì)相互作用會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)；中子流與物質(zhì)相互作用會(huì)發(fā)生散射和吸收作用。

作用時(shí)間短，殺傷距離受限。由于核裂碎片多數(shù)半衰期短、衰變快，而且又隨火球煙云迅速上升加之空氣層能消弱早期核輻射，因此早期核輻射對地面目標(biāo)的作用時(shí)間只有十幾秒鐘，再大當(dāng)量的核爆炸產(chǎn)生的早期核輻射對人員及物體的作用距離也超不過4km左右。但由于它能發(fā)生散射， 因此在高地反斜面、坑道入口或塹壕、貓耳洞內(nèi)的人員可能會(huì)受到一部分散射早期核輻射的照射。

能使某些物質(zhì)產(chǎn)生感生放射性。土壤、兵器、含鹽食品、藥物等被中子照射后會(huì)產(chǎn)生放射性(稱為感生放射性)。其原因是這些物質(zhì)中的鈉、鉀、鉛、鐵、錳等元素在吸收中子后變成了放射性同位素。

③早期核輻射的殺傷破壞作用

人員受到早期核輻射一定劑量的照射時(shí)，由于電離作用而破壞肌體組織的蛋白質(zhì)和酶
等物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞變異和死亡，從而造成人體生理機(jī)能失調(diào)( 如造血功能障礙、胃腸功能和中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂等)，產(chǎn)生全身性疾病即急性放射病。

早期核輻射對大多數(shù)物體沒有破壞作用，但能使照相器材感光而失效；使光學(xué)玻璃變暗、變黑而影響使用； 使某些藥品和半導(dǎo)體元件失效。另外，由于感生放射性的存在而使某些武器裝備影響使用，含鹽食品不能食
用。對農(nóng)作物的發(fā)育生長也有影響，能使農(nóng)作物出現(xiàn)畸形。

核電磁脈沖核電磁脈沖就是核爆炸時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖，它也是核武器特有的殺傷破壞因素。

①核電磁脈沖的形成

核電磁脈沖是核爆炸所釋放的β、γ射線與周圍介質(zhì)相互作用，而散射出非對稱的高速康普頓電子流和由這些不對稱分布電荷高速運(yùn)動(dòng)所激發(fā)出的隨時(shí)間變化的電磁場。

②核電磁脈沖的特性

核電磁脈沖作用范圍廣，地面、低空核爆炸作用范圍可達(dá)幾十千米,超高空爆炸時(shí)其作用范圍可達(dá) 2000km；電磁場強(qiáng)度高，可達(dá)1～10 萬 v/m；頻譜很寬，幾乎涵蓋所有現(xiàn)代軍用、民用電子設(shè)備所使用的工作頻段。

③核電磁脈沖的破壞作用

核電磁脈沖由于作用時(shí)間極短(只有幾十μs)，至今尚未發(fā)現(xiàn)對人畜的傷害及對一般物體的破壞，但它使通信受阻、電子系統(tǒng)功能損壞,燒毀電力電纜,對雷達(dá)、導(dǎo)彈的干擾導(dǎo)致工作紊亂、操縱失靈等。2

放射性沾染放射性沾染是指核爆炸產(chǎn)生的放射性物質(zhì)，對人員、地面、空氣、水及其他物體所造成的沾染。它和早期核輻射、核電磁脈沖一樣，也是核武器特有的殺傷破壞因素。在核爆炸總能量中，放射性沾染約占 10%。
①放性沾染的形成

放射性沾染有三個(gè)來源:核爆炸后的核裂碎片、未反應(yīng)的核裝料和感生放射性物質(zhì)。

②放射性沾染的特性

對人員的傷害途徑多。有體外照射、體內(nèi)照射和直接沾染皮膚引起灼傷三種。作用持續(xù)時(shí)間長，一般是幾小時(shí)至幾星期，沾染嚴(yán)重地區(qū)可持續(xù)幾個(gè)月以上。

③射性沾染的殺傷破壞作用
放射性沾染對人體的損害是通過放射性物質(zhì)放出的α、β、γ射線對人體的電離作用引起的，α、β射線穿透力有限，但γ射線具有很強(qiáng)的穿透力和很遠(yuǎn)的射程，它甚至可以傷害到在樓房內(nèi)及車輛內(nèi)的人員，在放射性沾染區(qū)停留時(shí)，它的殺傷作用最大。