Меню

Мощность электромагнитного излучения ядерного взрыва

Электрический импульс ядерного взрыва и защита от него радиоэлектронных средств.

Сначала 90-х годов в США стала зарождаться концепция, согласно которой вооруженные силы страны обязаны иметь не только лишь ядерные и обыденные вооружения, да и особые средства, обеспечивающие действенное роль в локальных конфликтах без нанесения противнику лишних утрат в живой силе и вещественных ценностях.

К этому специальному оружию южноамериканские военные спецы сначала относят:

средства сотворения электрического импульса(ЭМИ);

хим составы и био рецептуры, способные изменять структуру базисных материалов главных частей боевой техники;

вещества, которые выводят из строя смазку и резиновые изделия, вызывают загустение горючего;

Главные работы по развитию технологий орудия не смертельного деяния (ОНСД) проводятся в управлении многообещающих исследовательских работ министерства обороны, Ливерморской и Лос-Аламосской лабораториях министерства энергетики, центре разработок вооружения министерства армии и т.д. Более близки к принятию на вооружение разные типы лазеров для ослепления личного состава, хим средства для его обездвиживания, генераторы ЭМИ, негативно действующие на работу электрической техники.

Орудие Электрического ИМПУЛЬСА.

Генераторы ЭМИ (супер ЭМИ) , как демонстрируют теоретические работы и проведенные за рубежом опыты, можно отлично использовать для вывода из строя электрической и электротехнической аппаратуры, для стирания инфы в банках данных и порчи ЭВМ.

При помощи ОНСД на базе генераторов ЭМИ вероятен вывод из строя ЭВМ, главных радио и электротехнических средств, систем электрического зажигания и других авто агрегатов, подрыв либо инактивация минных полей. Воздействие этого орудия довольно избирательно и политически полностью приемлемо, но требуется четкая доставка его в районы поражаемой цели.

Взоры Управления США И НАТО НА Внедрение Электрического ИМПУЛЬСА В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ.

Невзирая на признание военно-политическим управлением США и НАТО невозможности победы в ядерной войне, разные нюансы поражающего деяния ядерного орудия продолжают обширно дискуссироваться. Так, в одном из рассматриваемых зарубежными спецами сценариев исходного периода ядерной войны особенное место отводится возможной способности вывода из строя радиоэлектронной техники в итоге воздействия на нее ЭМИ. Считается, что подрыв на высоте около 400 км. только 1-го боеприпаса мощностью более 10 Мт приведет к такому нарушению функционирования радиоэлектронных средств в широком районе, при котором время их восстановления превзойдет допустимые сроки для принятия ответных мер.

По расчетам американских профессионалов, хорошей точкой подрыва ядерного боеприпаса для поражения ЭМИ радиоэлектронных средств практически на всей местности США была бы точка в космосе с эпицентром в районе географического центра страны, находящегося в штате Небраска.

Теоретические исследования и результаты физических тестов демонстрируют, что ЭМИ ядерного взрыва может привести не только лишь к выходу из строя полупроводниковых электрических устройств, да и к разрушению железных проводников кабелей наземных сооружений. Не считая того, может быть поражение аппаратуры ИСЗ, находящихся на низких орбитах.

Для генерации ЭМИ ядерный боеприпас может подрываться в галлактическом пространстве, что не приводит к появлению ударной волны и выпадению радиоактивных осадков. Потому в забугорной прессе высказываются последующие представления о «неядерном нраве» такового боевого внедрения ядерного орудия и о том, что удар с внедрением ЭМИ не непременно приведет к всеобщей ядерной войне. Опасность этих заявлений явна, т.к. сразу некие забугорные спецы не исключают возможность массового поражения при помощи ЭМИ и живой силы. Во всяком случае полностью разумеется, что наводимые под воздействием ЭМИ в железных элементах техники токи и напряжения будут смертельно небезопасны для личного состава.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ Познаний В ОБЛАСТИ ЭМИ.

Для того, чтоб осознать всю сложность заморочек опасности ЭМИ и мер по защите от нее, нужно коротко разглядеть историю исследования этого физического явления и современное состояние познаний в этой области.

То, что ядерный взрыв будет непременно сопровождаться электрическим излучением, было ясно физикам-теоретикам еще до первого тесты ядерного устройства в 1945 году. Во время проводившихся в конце 50-х — начале 60-х годов ядерных взрывов в атмосфере и галлактическом пространстве наличие ЭМИ было зафиксировано экспериментально. Но количественные свойства импульса измерялись в недостаточной степени, во-1-х, так как отсутствовала контрольно-измерительная аппаратура, способная регистрировать очень массивное электрическое излучение, имеющееся очень куцее время (миллионные толики секунду) , во-2-х, так как в те годы в радиоэлектронной аппаратуре использовались только электровакуумные приборы, которые не много подвержены воздействию ЭМИ, что снижало энтузиазм к его исследованию.

Создание полупроводниковых устройств, а потом и интегральных схем, в особенности устройств цифровой техники на их базе, и обширное внедрение средств в радиоэлектронную военную аппаратуру принудили военных профессионалов по иному оценить опасность ЭМИ. С 1970 года вопросы защиты орудия и военной техники от ЭМИ стали рассматриваться министерством обороны США как имеющие высшую приоритетность.

Механизм генерации ЭМИ заключается в последующем. При ядерном взрыве появляются палитра и рентгеновское излучения, и появляется поток нейтронов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из их так именуемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20-40 км., то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого поля делают токи, генерирующие ЭМИ. При всем этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т.е. магнитное поле Земли играет роль, схожую фазированной антенной решетки. В итоге этого резко возрастает напряженность поля, а как следует, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Длительность данного процесса с момента взрыва от 1 — 3 до 100 нс.

На последующей стадии, длящейся приблизительно от 1 мкс до 1 с, ЭМИ создается комптоновскими электронами, выбитыми из молекул неоднократно отраженным гамма-излучением и за счет неупругого соударения этих электронов с потоком испускаемых при взрыве нейтронов. Интенсивность ЭМИ при всем этом оказывается приблизительно на три порядка ниже, чем на первой стадии.

На конечной стадии, занимающей период времени после взрыва от 1 с до нескольких минут, ЭМИ генерируется магнитогидродинамическим эффектом, порождаемым возмущениями магнитного поля Земли токопроводящим пламенным шаром взрыва. Интенсивность ЭМИ на этой стадии очень мала и составляет несколько 10-ов вольт на километр.

Самую большую опасность для радиоэлектронных средств представляет 1-ая стадия генерирования ЭМИ, на которой в согласовании с законом электрической индукции из-за очень резвого нарастания амплитуды импульса (максимум достигается на 3 5 нс после взрыва) наведенное напряжение может достигать 10-ов киловольт на метр на уровне земной поверхности, плавненько снижаясь по мере удаления от эпицентра взрыва.

Амплитуда напряжения, наводимого ЭМИ в проводниках, пропорциональна длине проводника, находящегося в его поле, и находится в зависимости от его ориентации относительно вектора напряженности электронного поля. Так, напряженность поля ЭМИ в высоковольтных линиях электропередачи может достигать 50 кВ/м, что приведет к возникновению в их токов силой до 12 тыс. ампер.

ЭМИ генерируются и при других видах ядерных взрывов — воздушном и наземном. На теоретическом уровне установлено, что в этих случаях его интенсивность находится в зависимости от степени асимметричности пространственных характеристик взрыва. Потому воздушный взрыв исходя из убеждений генерации ЭМИ менее эффективен. ЭМИ наземного взрыва будет иметь высшую интенсивность, но она стремительно миниатюризируется по мере удаления от эпицентра.

Внедрение ИМИТАТОРОВ ЭМИ ДЛЯ НАБОРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Так как сбор экспериментальных данных при проведении подземных ядерных испытаний на техническом уровне очень сложен и дорогостоящ, то решение набора данных достигается способами и средствами физического моделирования.

Посреди капиталистических государств передовые позиции в разработке и практическом использовании имитаторов ЭМИ ядерного взрыва занимают США. Подобные имитаторы представляют собой электрогенераторы со особыми излучателями, создающими электрическое поле с параметрами близкими к тем, которые свойственны для реального ЭМИ. В зону деяния излучателя помещаются испытываемый объект и приборы, регистрирующие интенсивность поля, его частотный диапазон и продолжительность воздействия.

Один из таких имитаторов, развернутый на авиабазе ВВС США Киртленд, предназначен для моделирования критерий воздействия ЭМИ на самолет и его аппаратуру. Он может употребляться для испытаний таких больших летательных аппаратов, как бомбовоз В-52 либо штатский самолет Боинг-747.

В текущее время сотворено и действует огромное количество имитаторов ЭМИ для испытаний авиационной, галлактической, корабельной и наземной техники. Но они не полностью воссоздают реальные условия воздействия ЭМИ ядерного взрыва вследствие ограничений, накладываемых чертами излучателей, генераторов и источников электропитания на частотный диапазон излучения, его мощность и скорость нарастания импульса. Вкупе с тем, и при этих ограничениях удается получить довольно полные и надежные данные о возникновении дефектов в полупроводниковых устройствах, сбоя в их функционировании и т.п., также об эффективности деяния разных защитных устройств. Не считая того, такие тесты дозволили дать количественную оценку угрозы разных путей воздействия ЭМИ на радиоэлектронную технику.

Теория электрического поля указывает, что такими способами для наземной техники являются, сначала, разные антенные устройства и кабельные вводы системы электропитания, а для авиационной и галлактической техники — антенны, также токи, наводимые в обшивке, и излучения, проникающие через остекление кабин и люки из не токопроводящих материалов. Токи, наводимые ЭМИ в наземных и заглубленных кабелях электропитания протяженностью в сотки и тыщи км, способны достигать тыщ ампер, а напряжение в разомкнутых цепях таких кабелей миллион вольт. В антенных вводах, длина которых не превосходит 10-ов метров, наводимые ЭМИ токи могут иметь силу в несколько сотен ампер. ЭМИ, проникающий конкретно через элементы сооружений из диэлектрических материалов (неэкранированные стенки, окна, двери и т.п.) , может наводить во внутренней проводке токи силой в 10-ки ампер.

Так как слаботочные цепи и радиоэлектронные приборы нормально действуют при напряжениях в несколько вольт и токах силой до нескольких 10-ов миллиампер, то для их полностью надежной защиты от ЭМИ требуется обеспечить понижение величины токов и напряжений в кабелях, до 6 порядков.

Вероятные ПУТИ РЕШЕНИЯ Задачки ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ.

Безупречной защитой от ЭМИ явилось бы полное укрытие помещения, в каком расположена радиоэлектронная аппаратура, железным экраном. Совместно с тем ясно, что фактически обеспечить такую защиту в ряде всевозможных случаев нереально, т.к. для работы аппаратуры нередко требуется обеспечить ее электронную связь с наружными устройствами. Потому употребляются наименее хорошие средства защиты, такие, как токопроводящие сетки либо пленочные покрытия для окон, сотовые железные конструкции для воздухопоглотителей и вентиляционных отверстий и контактные пружинные прокладки, размещаемые по периметру дверей и люков.

Более сложной технической неувязкой считается защита от проникания ЭМИ в аппаратуру через разные кабельные вводы. Конструктивным решением данной препядствия мог бы стать переход от электронных сетей связи к фактически не подверженным воздействию ЭМИ волоконно-оптическим. Но подмена полупроводниковых устройств во всем диапазоне выполняемых ими функций электронно-оптическими устройствами может быть исключительно в отдаленном будущем. Потому в текущее время в качестве средств защиты кабельных вводов более обширно употребляются фильтры, в том числе волоконные, также искровые разрядники, металлоокисные варисторы и высокоскоростные зенеровские диоды.

Читайте также:  Точечная сварка мощность потребляемая

Все эти средства имеют как достоинства, так и недочеты. Так, емкостно-индуктивные фильтры довольно эффективны для защиты от ЭМИ малой интенсивности, а волоконные фильтры защищают в относительно узеньком спектре сверхвысоких частот. Искровые разрядники владеют значимой инерционностью и в главном применимы для защиты от перегрузок, возникающих под воздействием напряжений и токов, наводимых в обшивке самолета, кожухе аппаратуры и оплетке кабеля.

Металлоокисные варисторы, представляют собой полупроводниковые приборы, резко повышающие свою проводимость при высочайшем напряжении. Но, при применении этих устройств в качестве средств защиты от ЭМИ следует учесть их недостаточно высочайшее быстродействие и ухудшение черт при многократном воздействии нагрузок. Эти недочеты отсутствуют у скоростных зенеровских диодов, действие которых основано на резком лавинообразном изменении сопротивления от относительно высочайшего значения фактически до нуля при превышении приложенного к ним напряжения определенной пороговой величины. Не считая того в отличие от варисторов свойства зенеровских диодов после неоднократных воздействий больших напряжений и переключений режимов не ухудшаются.

Более оптимальным подходом к проектированию средств защиты от ЭМИ кабельных вводов является создание таких разъемов, в конструкции которых предусмотрены особые меры, обеспечивающие формирование частей фильтров и установку интегрированных зенеровских диодов. Схожее решение содействует получению очень малых значений емкости и индуктивности, что нужно для обеспечения защиты от импульсов, которые имеют малозначительную продолжительность и, как следует, сильную высокочастотную составляющую. Внедрение разъемов схожей конструкции дозволит решить делему ограничения массогабаритных черт устройства защиты.

Сложность решения задачки защиты от ЭМИ и высочайшая цена разработанных для этих целей средств и способов принуждают пойти сначала по пути их выборочного внедрения в особо принципиальных системах орудия и военной техники. Первыми целенаправленными работами в данном направлении были программки защиты от ЭМИ стратегического орудия. Таковой же путь избран и для защиты имеющих огромную протяженность систем управления и связи. Но главным способом решения данной задачи забугорные спецы считают создание так именуемых распределенных сетей связи (типа «Гвен») , 1-ые элементы которых уже развернуты на континентальной части США.

Современное состояние препядствия ЭМИ можно оценить последующим образом. Довольно отлично изучены на теоретическом уровне и доказаны экспериментально механизмы генерации ЭМИ и характеристики его поражающего деяния. Разработаны эталоны защищенности аппаратуры и известны действенные средства защиты. Но для заслуги достаточной убежденности в надежности защиты систем и средств от ЭМИ нужно провести тесты при помощи имитатора. Что касается полномасштабных испытаний систем связи и управления, то эта задачка навряд ли будет решена в обозримом будущем.

Мощнейший ЭМИ можно сделать не только лишь в итоге ядерного взрыва. Современные заслуги в области неядерных генераторов ЭМИ позволяют сделать их довольно малогабаритными для использования с обыкновенными и высокоточными средствами доставки.

В текущее время в неких западных странах проходят работы по генерации импульсов электрического излучения магнитодинамическими устройствами, также высоковольтными разрядами.
Потому вопросы защищенности от воздействия ЭМИ будут оставаться в центре внимания профессионалов при любом финале переговоров о ядерном разоружении.

Источник

Поражающие факторы ядерного взрыва, их параметры, единицы измерения, и их действие на инженерные сооружения и человека.

Поражающие факторы ядерного оружия

При ядерном взрыве действуют пять поражающих факторов: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение, и электромагнитный импульс. Энергия ядерного взрыва распределяется примерно так: 50% расходуется на ударную волну, 35% – на световое излучение, 10% – на радиоактивное заражение, 4% – на проникающую радиацию и 1% – на электромагнитный импульс. Высокая температура и давление вызывают мощную ударную волну и световое излучение. Взрыв ядерного боеприпаса сопровождается выходом проникающей радиации, состоящей из потока нейтронов и гамма квантов. Облако взрыва содержит огромное количество радиоактивных продуктов – осколков деления ядерного горючего. По пути движения этого облака радиоактивные продукты из него выпадают, в результате чего происходит радиоактивное заражение местности, объектов и воздуха. Не равномерное движение электрических зарядов в воздухе под воздействием ионизирующих излучений приводит к образованию электромагнитного импульса. Так формируются основные поражающие факторы ядерного взрыва. Явления, сопровождающие ядерный взрыв, в значительной мере зависят от условий и свойств среды, в которой он происходит.

Contents

  • 1 Ударная волна
  • 2 Световое излучение
  • 3 Радиация
  • 4 Электромагнитный импульс (EMP)

Ударная волна [ edit | edit source ]

Ударная волна (УВ) основной поражающий фактор ядерного взрыва, который производит разрушение, повреждение зданий и сооружений, а также поражает людей и животных. Источником УВ является сильное давление, образующееся в центре взрыва (миллиарды атмосфер). Образовавшееся при взрыве раскаленные газы, стремительно расширяясь, передают давление соседним слоям воздуха, сжимая и нагревая их, а те в свою очередь воздействуют на следующие слои и т.д. В результате в воздухе со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва распространяется зона высокого давления.

Поражающее действие УВ характеризуется величиной избыточного давления.

Избыточное давление – это разность между максимальным давлением во фронте УВ и нормальным атмосферным давлением, измеряется в Паскалях (ПА, кПА). Распространяется со сверх звуковой скоростью, УВ на своем пути разрушает здания и сооружения, образуя четыре зоны разрушений (полных, сильных, средних, слабых) в зависимости от расстояния: Зона полных разрушений — 50 кПА Зона сильных разрушений — 30-50 кПА. Зона средних разрушений — 20-30 кПА. Зона слабых разрушений — 10-20 кПА.

Разрушения строительных сооружений, производимые избыточным давлением:
720 кг/м 2 (1 psi — фунт/кв. дюйм) — вылетают окна и двери;
2160 кг/м 2 (3 psi) — разрушение жилых домов;
3600 кг/м 2 (5 psi) — разрушение или сильное повреждение зданий из монолотного железобетона;
7200 кг/м 2 (10 psi) — разрушение особо прочных бетонных сооружений;
14400 кг/м 2 (20 psi) — выдерживают такое давление только специальные сооружения (типа бункеров).
Радиусы распространения этих зон давления можно рассчитать по следующей формуле: R = C * X 0.333 ,
R — радиус в километрах, X — заряд в килотоннах, C — константа, зависящая от уровня давления:
C = 2.2, для давления 1 psi
C = 1.0, для давления 3 psi
C = 0.71, для давления 5 psi
C = 0.45, для давления 10 psi
C = 0.28, для давления 20 psi

Ударная волна действует на людей двумя способами:

Прямое действие ударной волны и косвенное действие УВ ( летящими обломками сооружений, падающими стенами домов и деревьями, осколками стекла, камнями). Эти воздействия вызывают различные по степени тяжести поражения: Легкие поражения — 20-40 кПА (контузии, легкие ушибы). Средней тяжести — 40-60 кПА (потеря сознания, повреждение органов слуха, вывихи конечностей, кровотечение из носа и ушей, сотрясение мозга). Тяжелые поражение — более 60 кПА (сильные контузии, переломы конечностей, поражение внутренних органов). Крайне тяжелые поражения — более 100кПА ( со смертельным исходом). Эффективным способом защиты от прямого воздействия УВ будет укрытие в защитных сооружениях (убежищах, ПРУ, быстровозводимых населением). Для укрытия можно использовать канавы, овраги, пещеры, горные выработки, подземные переходы; можно просто лечь на землю в отдалении от зданий и сооружений.

Световое излучение [ edit | edit source ]

Световое излучение (СИ) – это поток лучистой энергии (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи). Источником СИ является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров и воздуха. СИ распространяется практически мгновенно и длится в зависимости от мощности ядерного боеприпаса (20-40 секунд). Однако не смотря на кратковременность своего воздействия эффективность действия СИ очень высока. СИ составляет 35% от всей мощности ядерного взрыва. Энергия светового излучения поглощается поверхностями освещаемых тел, которые при этом нагреваются. Температура нагрева может быть такой, что поверхность объекта обуглится, оплавится, воспламенится или объект испарится.

Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом, т. е. количеством световой энергии, приходящейся за время излучения на 1 см2 поверхности, перпендикулярно расположенной к направлению световых лучей. За единицу измерения светового импульса принимают 1 кал/см2.

Световое излучение может вызвать ожоги открытых участков тела, ослепление людей и животных, обугливание или возгорание различных материалов. Поражение людей СИ выражается в появлении ожогов четырех степеней на кожном покрове и действием на глаза.

Так, при световом импульсе 2—4 кал/см2 у незащищенных людей могут возникнуть ожоги первой степени (краснота, припухлость, отек кожи – 100-200 кДж/м2).

При 4—6 кал/см2— ожоги второй степени (на фоне отечной кожи образуются пузыри разных размеров, наполненные прозрачной желтоватой жидкостью– 200-400 кДж/м2).

При 6— 12 кал/см2—ожоги третьей степени (полное омертвление кожных покровов и образование язв – 400-600 кДж/м2)

При световом импульсе более 12 кал/см2 ожоги четвёртой степени (обугливание кожи, омертвление глубоких слоев кожи и подлежащих ткани (подкожная жировая клетчатка, мышцы, кости). – более 600 кДж/м2).

Действие СИ на глаза: Временное ослепление – до 30 мин. Ожоги роговицы и век. Ожог глазного дна – слепота.

Световое излучение вызывает ожоги кожи, степень которых зависит от силы бомбы и удаленности от эпицентра:

Тяжесть ожога

2.5 кал/см 2 (4.3 км)

3.2 кал/см 2 (18 км)

5 кал/см 2 (52 км)

5 кал/см 2 (3.2 км)

6 кал/см 2 (14.4 км)

8.5 кал/см 2 (45 км)

8 кал/см 2 (2.7 км)

10 кал/см 2 (12 км)

12 кал/см 2 (39 км)

Радиация [ edit | edit source ]

Проникающая радиация — это поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемый из области взрыва в течении нескольких секунд. Из-за очень сильного поглощения в атмосфере, проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов. Расстояния, пройдя которое поток ослабевает в 10 раз для различных величин взрывов:
1 кт: L = 330 м
10 кт: L = 440 м
100 кт: — L = 490 м
1 Мт: L = 560 м
10 Мт: L = 670 м
20 Мт: L = 700 м.
Таким образом, можно вычислить уровень радиации на любом расстоянии от эпицентра :

Doze — доза приникающей радиации в рад, D — расстояние в метрах, L — константа ослабления, X — мощность взрыва в килотоннах.

При прохождении проникающей радиации через любую среду ее действие ослабляется. Излучение разных видов оказывают неодинаковое воздействие на организм, что объясняется разной их ионизирующей способностью.

Так альфа-излучения, представляющие собой тяжелые имеющие заряд частицы, обладают наибольшей ионизирующей способностью. Но их энергия, вследствие ионизации, быстро уменьшается. Поэтому альфа-излучения не способны проникнуть через наружный (роговой) слой кожи и не представляют опасности для человека до тех пор, пока вещества, испускающие альфа-частицы не попадут внутрь организма.

Бета-частицы на пути своего движения реже сталкиваются с нейтральными молекулами, поэтому их ионизирующая способность меньше, чем у альфа-излучения. Потеря же энергии при этом происходит медленнее и проникающая способность в тканях организма больше (1-2 см). Бета-излучения опасны для человека, особенно при попадании радиоактивных веществ на кожу или внутрь организма.

Гамма-излучение обладает сравнительно небольшой ионизирующей активностью, но в силу очень высокой проникающей способности представляет большую опасность для человека.

Ослабляющее действие ПР принято характеризовать слоем половинного ослабления, т.е. толщиной материала, проходя через который ПР уменьшается в два раза. Так, ПР ослабляют в два раза следующие материалы:

Читайте также:  Слуховой аппарат цифровой внутриушной средней мощности

Свинец – 1.8 см Грунт, кирпич – 14 см Сталь – 2.8 см Вода – 23 см Бетон – 10 см Дерево – 30 см.

1 степень лучевой болезни – легкая – 100-200 бэр,

2 степень лучевой болезни – средней тяжести 200-400 бэр,

3 степень лучевой болезни – тяжелая – 400-600 бэр,

4 степень лучевой болезни – крайне тяжелая – более 600 бэр.

Радиоактивное заражение

З она А – умеренного заражения – от 40 до 400 бэр. Зона умеренного заражения – самая большая по размерам. В ее пределах население, находящееся на открытой местности, может получить в первые сутки после взрыва легкие радиационные поражения.

Менее 100 бэр. Такие дозы не оказывают существенного влияния на здоровье. Изменения в составе крови начинаются с 25 бэр. Эти изменения включают в себя общие изменение содержания белых кровяных клеток (уменьшение лимфоцитов), уменьшение тромбоцитов, и небольшое уменьшение красных кровяных клеток, такое состояние определяется лишь по анализу крови и устанавливается в течении нескольких дней после облучения. Продолжительность изменений в организме — около месяца. При 50 бэр становятся заметными ослабление лимфатических желез, снижение иммунитета. 80 Бэр дают 50% вероятность временного бесплодия у мужчин.

100-200 бэр. Симптомы умеренной степени тяжести. Возможна тошнота (в половине случаев при 200 бэр), иногда сопровождающаяся рвотой, появляющаяся через 3-6 часов после получения дозы и длящаяся от нескольких часов до дня. За этим следует период ремиссии, в течении которого пострадавший находится в нормальном самочувствии. Изменения в крови постепенно нарастают из-за естественной убыли и невосполнения кровяных клеток. Через 10-14 дней происходит следующее ухудшение самочувствия: потеря аппетита (у 50% при 150 бэр), недомогание, утомляемость (у 50% при 200 бэр) продолжающееся около месяца. В это время отмечается повышенная заболеваемость, из-за сниженного иммунитета, временное бесплодие у мужчин. Для доз из верхнего предела этого интервала клиническая картина сходная, за исключением меньшего периода ремиссии, более выраженных симптомов и большего периода выздоровления.

200-400 бэр. Степень заболевания достаточно серьезна. Основной пораженной тканью организма остается кроветворная. Тошнота наблюдается у 100% пострадавших при облучении в 300 бэр, в половине случаев она сопровождается рвотой. Начальные симптомы выявляются уже после 1-6 часов и длятся 1-2 дня. После 7-14 дней ремиссии, они возвращаются, к ним может прибавиться потеря волос, недомогание, усталость, диарея. При дозах более 350 бэр появляются кровотечения изо рта, подкожные, гематурия — наличие крови в моче. Возможно постоянное бесплодие у мужчин, выздоровление занимает несколько месяцев.

Зона Б – сильного заражения – от 400 до 1200 бэр. В зоне сильного заражения опасность для людей и животных выше. Здесь возможны тяжелые радиационные поражения даже за несколько часов пребывания на открытой местности, особенно в первые сутки.

400-600 бэр. При таких дозах полученной радиации, смертность, без оказания серьезной медицинской помощи (пересадка костного мозга), резко идет вверх: от 50% при 350 бэр до 90% при 600. Первоначальные симптомы возникают в период от 30 мин до 2 часов и продолжаются до двух дней. После 1-2 недель появляются все признаки характерные для облучения в 200-400 бэр, только в гораздо более тяжелой форме. Смерть наступает после 2-12 недель от многочисленных кровоизлияний и заражения каким-либо заболеванием (иммунитет практически отсутствует). Период излечения — около года, состав крови нормализуется еще дольше. Может происходить развитие бесплодия у женщин.

600-1000 бэр. Костный мозг отмирает практически полностью. Вероятность выжыть без его пересадки — отсутствует. Первоначальное ухудшение состояния наступает через 15-30 минут, и продолжается 2 дня. После 5-10 дней скрытого периода смерть наступает через 1-4 недели.

Зона В – опасного заражения – от 1200 до 4000 бэр. В зоне опасного заражения самые высокие уровни радиации. Даже на ее границе суммарная доза облучения за время полного распада радиоактивных веществ достигает 1200 р, а уровень радиации через 1 час после взрыва составляет 240 р/ч. В первые сутки после заражения суммарная доза на границе этой зоны составляет примерно 600 р, т.е. практически она смертельна. И хотя затем дозы облучения снижаются, на этой территории пребывание людей вне укрытий опасно очень продолжительное время.

Более 1000 бэр. Такие высокие дозы ионизирующего излучения вызывают немедленное нарушение обмена веществ, понос, кровотечения, потерю жидкости организмом и нарушение электролитного баланса.
При дозах 1000 — 5000 бэр это время уменьшается до 5-30 минут. Если удается пережить этот период, наступает фаза мнимого благополучия от пары часов до пары дней. Термальная фаза продолжается 2-10 дней, в течении ее больной впадает в прострацию, теряет аппетит, начинается кровавый понос. Пострадавший впадает в делирий, затем кому. Лечение таких доз направлено только на облегчение страданий умирающего.

Зона Г – чрезвычайно опасного заражения – от 4000 до 7000 бэр. 100% смертельная зона для человека.

Получение более 5000 бэр приводит к нарушением, затрагивающим непосредственно нервную систему. Человек моментально теряет ориентацию, чуть позже впадает в кому. Смерть наступает в течении двух суток.
Согласно оценкам, доза в 8000 бэр, например от нейтронной бомбы, ведет к моментальному впадению в кому и последующей смерти.

Для защиты населения от РЗМ используются все имеющиеся защитные сооружения (убежища, ПРУ, подвалы многоэтажных домов, станции метрополитена). Эти защитные сооружения должны обладать достаточно высоким коэффициентом ослабления (Косл) – от 500 до 1000 и более раз, т.к. зоны радиоактивного заражения имеют высокие уровни радиации. В зонах РЗМ населению необходимо принимать радиозащитные препараты из АИ-2 (№1 и №2).

Электромагнитный импульс (EMP) [ edit | edit source ]

Ядерные взрывы в атмосфере и в более высоких слоях приводят к образованию мощных электромагнитных полей с длинами волн от 1 до 1000 м и более. Эти поля в виду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом (ЭМИ). Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва и на малых высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае быстро спадает по мере удаления от эпицентра. В случае же высотного взрыва, область действия электромагнитного импульса охватывает практически всю видимую из точки взрыва поверхность Земли. Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной протяженности, расположенных в воздухе, земле, в радиоэлектронной и радиотехнической аппаратуре.

Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления ракетных стартовых комплексов, командных пунктов. Большое количество ионов, оставшихся после взрыва, мешает коротковолновой связи и работе радаров. Защита от ЭМИ осуществляется экранированием линий управления и энергоснабжения, заменой плавких вставок (предохранителей) этих линий. ЭМИ составляет 1% от мощности ядерного боеприпаса.

На образование ЭМИ очень значительное влияние оказывает высота взрыва. ЭМИ силен при взрыве на высотах ниже 4 км, и особенно силен при высоте более 30 км, однако менее значителен для диапазона 4-30 км. Это происходит из-за того, что ЭМИ образуется при несимметричном поглощении гамма-лучей в атмосфере. А на средних высотак как раз такое поглощение происходит симметрично и равномерно, не вызывая больших флуктуаций в распределении ионов.

Источник



Мощность электромагнитного излучения ядерного взрыва

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬС ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА И ЗАЩИТА ОТ НЕГО РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

»
ТЕМА: ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬС ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА И ЗАЩИТА ОТ НЕГО РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

1. НЕСМЕРТЕЛЬНОЕ ОРУЖИЕ.

2. ВЗГЛЯДЫ РУКОВОДСТВА США И НАТО НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ.

3. ИСТОРИЯ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭМИ.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМИТАТОРОВ ЭМИ ДЛЯ НАБОРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ.

5. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ.

1. НЕСМЕРТЕЛЬНОЕ ОРУЖИЕ.

Военно-политическое руководство США, не отказываясь от использования насилия в качестве одного из главных инструментов достижения своих целей, осуществляет поиск новых способов ведения боевых действий и создает для них средства, в полной мере учитывающие реалии современности.

В начале 90-х годов в США стала зарождаться концепция, согласно которой вооруженные силы страны должны иметь не только ядерные и обычные вооружения, но и специальные средства, обезпечивающие эффективное участие в локальных конфликтах без нанесения противнику излишних потерь в живой силе и материальных ценностях.

К этому специальному оружию американские военные специалисты в первую очередь относят: средства создания электромагнитного импульса(ЭМИ); генераторы инфразвука; химические составы и биологические рецептуры, способные изменять структуру базовых материалов основных элементов боевой техники; вещества, которые выводят из строя смазку и резиновые изделия, вызывают загустение горючего; лазеры.

В настоящее время основные работы по развитию технологий оружия несмертельного действия(ОНСД) проводятся в управлении перспективных исследований министерства обороны, Ливерморской и Лос-Аламосской лабораториях министерства энергетики, центре разработок вооружения министерства армии и т.д. Наиболее близки к принятию на вооружение различные типы лазеров для ослепления личного состава, химические средства для его обездвиживания, генераторы ЭМИ, отрицательно влияющие на работу электронной техники.

ОРУЖИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА.

Генераторы ЭМИ (супер ЭМИ), как показывают теоретические работы и проведенные за рубежом эксперименты, можно эффективно использовать для вывода из строя электронной и электротехнической аппаратуры, для стирания информации в банках данных и порчи ЭВМ.

С помощью ОНСД на основе генераторов ЭМИ возможен вывод из строя ЭВМ, ключевых радио и электротехнических средств, систем электронного зажигания и других автомобильных агрегатов, подрыв или инактивация минных полей. Воздействие этого оружия достаточно избирательно и поли¬тически вполне приемлемо, однако требуется точная доставка его в райо ны поражаемой цели.

2. ВЗГЛЯДЫ РУКОВОДСТВА США И НАТО НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРО- МАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ.

Несмотря на признание военно-политическим руководством США и НАТО невозможности победы в ядерной войне, различные аспекты поражающего действия ядерного оружия продолжают широко обсуждаться. Так, в одном из рассматриваемых иностранными специалистами сценариев начального пе¬риода ядерной войны особое место отводится потенциальной возможности вывода из строя радиоэлектронной техники в результате воздействия на неё ЭМИ. Считается, что подрыв на высоте около 400 км. только одного боеприпаса мощностью более 10 Мт приведет к такому нарушению функционирования радиоэлектронных средств в обширном районе, при котором время их восстановления превысит допустимые сроки для принятия ответ ных мер.

По расчетам американских экспертов, оптимальной точкой подрыва ядерного боеприпаса для поражения ЭМИ радиоэлектронных средств почти на всей территории США была бы точка в космосе с эпицентром в районе географического центра страны, находящегося в штате Небраска.

Теоретические исследования и результаты физических экспериментов показывают, что ЭМИ ядерного взрыва может привести не только к выходу из строя полупроводниковых электронных устройств, но и к разрушению металлических проводников кабелей наземных сооружений. Кроме того воз¬можно поражение аппаратуры ИСЗ, находящихся на низких орбитах.

Читайте также:  Светодиодные лампы cree высокой мощности

Для генерации ЭМИ ядерный боеприпас может подрываться в космичес ком пространстве, что не приводит к возникновению ударной волны и выпадению радиоактивных осадков. Поэтому в зарубежной прессе высказывют ся следующие мнения о «неядерном характере» такого боевого применения ядерного оружия и о том, что удар с использованием ЭМИ не обязательно приведет к всеобщей ядерной войне. Опасность этих заявлений очевидна, т.к. одновременно некоторые зарубежные специалисты не исключают воз можность массового поражения с помощью ЭМИ и живой силы. Во всяком случае вполне очевидно, что наводимые под воздействием ЭМИ в металли ческих элементах техники токи и напряжения будут смертельно опасны для личного состава.

3. ИСТОРИЯ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭМИ.

Для того, чтобы понять всю сложность проблем угрозы ЭМИ и мер по защите от неё, необходимо кратко рассмотреть историю изучения этого физического явления и современное состояние знаний в этой области.

То, что ядерный взрыв будет обязательно сопровождаться электро¬магнитным излучением, было ясно физикам-теоретикам еще до первого испытания ядерного устройства в 1945 году. Во время проводившихся в конце 50-х — начале 60-х годов ядерных взрывов в атмосфере и космичес ком пространстве наличие ЭМИ было зафиксировано экспериментально. Одна ко количественные характеристики импульса измерялись в недостаточной степени, во-первых, потому что отсутствовала контрольно-измерительная аппаратура, способная регистрировать чрезвычайно мощное электромагнитное излучение, существующее чрезвычайно короткое время (миллионные до¬ли секунду), во-вторых, потому что в те годы в радиоэлектронной аппа¬ратуре использовались исключительно электровакуумные приборы, которые мало подвержены воздействию ЭМИ, что снижало интерес к его изучению.

Создание полупроводниковых приборов, а затем и интегральных схем, особенно устройств цифровой техники на их основе, и широкое внедрение средств в радиоэлектронную военную аппаратуру заставили военных специалистов по иному оценить угрозу ЭМИ. С 1970 года вопросы защиты оружия и военной техники от ЭМИ стали рассматриваться министерством обороны США как имеющие высшую приоритетность.

Механизм генерации ЭМИ заключается в следующем. При ядерном взрыве возникают гамма и рентгеновское излучения и образуется поток нейтро нов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из них так называемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20-40 км., то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого по ля создают токи, генерирующие ЭМИ. При этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т.е. магнитное поле Земли выполняет роль, подобную фазированной антенной решетки. В результате этого резко увеличивается напряженность поля, а следовательно, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Продолжитель ность данного процесса с момента взрыва от 1 — 3 до 100 нс.

На следующей стадии, длящейся примерно от 1 мкс до 1 с, ЭМИ соз дается комптоновскими электронами, выбитыми из молекул многократно от раженным гамма-излучением и за счет неупругого соударения этих электронов с потоком испускаемых при взрыве нейтронов. Интенсивность ЭМИ при этом оказывается примерно на три порядка ниже, чем на первой ста дии.

На конечной стадии, занимающей период времени после взрыва от 1 с до нескольких минут, ЭМИ генерируется магнитогидродинамическим эффектом, порождаемым возмущениями магнитного поля Земли токопроводящим огненным шаром взрыва. Интенсивность ЭМИ на этой стадии весьма мала и составляет несколько десятков вольт на километр.

Наибольшую опасность для радиоэлектронных средств представляет первая стадия генерирования ЭМИ, на которой в соответствии с законом электромагнитной индукции из-за чрезвычайно быстрого нарастания амплитуды импульса (максимум достигается на 3 — 5 нс после взрыва) наведен ное напряжение может достигать десятков киловольт на метр на уровне земной поверхности, плавно снижаясь по мере удаления от эпицентра взрыва.

Амплитуда напряжения, наводимого ЭМИ в проводниках, пропорциональна длине проводника, находящегося в его поле, и зависит от его ориентации относительно вектора напряженности электрического поля. Так, напряженность поля ЭМИ в высоковольтных линиях электропередачи может достигать 50 кВ/м, что приведет к появлению в них токов силой до 12 тыс.ампер.

ЭМИ генерируются и при других видах ядерных взрывов — воздушном и наземном. Теоретически установлено, что в этих случаях его интенсив ность зависит от степени ассимметричности пространственных параметров взрыва. Поэтому воздушный взрыв с точки зрения генерации ЭМИ наименее эффективен. ЭМИ наземного взрыва будет иметь высокую интенсивность, однако она быстро уменьшается по мере удаления от эпицентра.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМИТАТОРОВ ЭМИ ДЛЯ НАБОРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Поскольку сбор экспериментальных данных при проведении подземных ядерных испытаний технически весьма сложен и дорогостоящ, то решение набора данных достигается методами и средствами физического моделирования.

Среди капиталистических стран передовые позиции в разработке и практическом использовании имитаторов ЭМИ ядерного взрыва занимают США. Подобные имитаторы представляют собой электрогенераторы со специальными излучателями, создающими электромагнитное поле с параметрами близкими к тем, которые характерны для реального ЭМИ. В зону действия излучателя помещаются испытываемый объект и приборы, регистрирующие интенсивность поля, его частотный спектр и длительность воздействия.

Один из таких имитаторов, развёрнутый на авиабазе ВВС США Кирт-ленд, предназначен для моделирования условий воздействия ЭМИ на само лет и его аппаратуру. Он может использоваться для испытаний таких крупных летательных аппаратов, как бомбардировщик В-52 или гражданский авиалайнер Боинг-747.

В настоящее время создано и действует большое количество имитаторов ЭМИ для испытаний авиационной, космической, корабельной и наземной техники. Однако они не в полной мере воссоздают реальные условия воз¬действия ЭМИ ядерного взрыва вследствие ограничений, накладываемых ха¬рактеристиками излучателей, генераторов и источников электропитания на частотный спектр излучения, его мощность и скорость нарастания импуль са. Вместе с тем, и при этих ограничениях удается получить достаточно полные и надежные данные о появлении неисправностей в полупроводнико вых приборах, сбоя в их функционировании и т.п., а также об эффектив ности действия различных защитных устройств. Кроме того, такие испыта ния позволили дать количественную оценку опасности различных путей воздействия ЭМИ на радиоэлектронную технику.

Теория электромагнитного поля показывает, что такими путями для наземной техники являются прежде всего различные антенные устройства и кабельные вводы системы электропитания, а для авиационной и космичес кой техники — антенны, а также токи, наводимые в обшивке, и излучения, проникающие через остекление кабин и лючки из нетокопроводящих матери¬алов. Токи, наводимые ЭМИ в наземных и заглубленных кабелях электропи¬тания протяженностью в сотни и тысячи километров, могут достигать ты сяч ампер, а напряжение в разомкнутых цепях таких кабелей — миллион вольт. В антенных вводах, длина которых не превышает десятков метров, наводимые ЭМИ токи могут иметь силу в несколько сотен ампер. ЭМИ, про никающий непосредственно через элементы сооружений из диэлектрических материалов (неэкранированные стены, окна, двери и т.п.), может наводить во внутренней электропроводке токи силой в десятки ампер.

Поскольку слаботочные цепи и радиоэлектронные приборы нормально действуют при напряжениях в несколько вольт и токах силой до несколь ких десятков миллиампер, то для их абсолютно надежной защиты от ЭМИ требуется обезпечить снижение величины токов и напряжений в кабелях, до шести порядков.

5. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ.
Идеальной защитой от ЭМИ явилось бы полное укрытие помещения, в котором размещена радиоэлектронная аппаратура, металлическим экраном. Вместе с тем ясно, что практически обезпечить такую защиту в ряде слу чаев невозможно, т.к. для работы аппаратуры часто требуется обезпечить её электрическую связь с внешними устройствами. Поэтому используются менее надежные средства защиты, такие, как токопроводящие сетки или пленочные покрытия для окон, сотовые металлические конструкции для воздухозаборников и вентиляционных отверстий и контактные пружинные прокладки, размещаемые по периметру дверей и люков.

Более сложной технической проблемой считается защита от проникно вения ЭМИ в аппаратуру через различные кабельные вводы. Радикальным решением данной проблемы мог бы стать переход от электрических сетей связи к практически не подверженным воздействию ЭМИ волоконно-оптичес ким. Однако замена полупроводниковых приборов во всем спектре выполня емых ими функций электронно-оптическими устройствами возможно только в отдаленном будущем. Поэтому в настоящее время в качестве средств защи ты кабельных вводов наиболее широко используются фильтры, в том числе волоконные, а также искровые разрядники,металлоокисные варисторы и вы¬сокоскоростные зенеровские диоды.

Все эти средства имеют как преимущества, так и недостатки. Так, емкостно-индуктивные фильтры достаточно эффективны для защиты от ЭМИ малой интенсивности, а волоконные фильтры защищают в относительно уз ком диапазоне сверхвысоких частот. Искровые разрядники обладают значи¬тельной инерционностью и в основном пригодны для защиты от перегрузок, возникающих под воздействием напряжений и токов, наводимых в обшивке самолета, кожухе аппаратуры и оплетке кабеля.

Металлоокисные варисторы, представляют собой полупроводниковые приборы, резко повышающие свою проводимость при высоком напряжении. Однако, при применении этих приборов в качестве средств защиты от ЭМИ следует учитывать их недостаточно высокое быстродействие и ухудшение характеристик при неоднократном воздействии нагрузок. Эти недостатки отсутствуют у высокоскоростных зенеровских диодов, действие которых основано на резком лавинообразном изменении сопротивления от относительно высокого значения практически до нуля при превышении приложен ного к ним напряжения определенной пороговой величины. Кроме того в отличии от варисторов характеристики зенеровских диодов после многок ратных воздействий высоких напряжений и переключений режимов не ухуд шаются.

Наиболее рациональным подходом к проектированию средств защиты от ЭМИ кабельных вводов является создание таких разъемов, в конструкции которых предусмотрены специальные меры, обезпечивающие формирование элементов фильтров и установку встроенных зенеровских диодов. Подобное решение способствует получению очень малых значений емкости и индуктивности, что необходимо для обезпечения защиты от импульсов, которые имеют незначительную длительность и, следовательно, мощную высокочас тотную составляющую. Использование разъемов подобной конструкции поз волит решить проблему органичения массо-габаритных характеристик устройства защиты.

Сложность решения задачи защиты от ЭМИ и высокая стоимость разработанных для этих целей средств и методов заставляют пойти на первых парах по пути их выборочного применения в особо важных системах оружия и военной техники. Первыми целенаправленными работами в данном направ лении были программы защиты от ЭМИ стратегического оружия. Такой же путь избран и для защиты имеющих большую протяженность систем управле ния и связи. Однако основным методом решения данной данной проблемы зарубежные специалисты считают создание так называемых распределенных сетей связи (типа «Гвен»), первые элементы которых уже развернуты на континентальной части США.

Современное состояние проблемы ЭМИ можно оценить следующим образом. Достаточно хорошо исследованы теоретически и подтверждены экспериментально механизмы генерации ЭМИ и параметры его поражающего действия. Разработаны стандарты защищенности аппаратуры и известны эффективные средства защиты. Однако для достижения достаточной уверенности в надежности защиты систем и средств от ЭМИ необходимо провести испы тания с помощью имитатора. Что касается полномасштабных испытаний сис тем связи и управления, то эта задача вряд ли будет решена в обозримом будущем.

Источник