Филлип Рэн - Атомная проблема

• Название: Атомная проблема
• Автор: Филлип Рэн
• Издательство: Иностранная литература
• Жанр: Физика
• Год: 1958

В брошюре профессора французской Национальной школы гражданской обороны Ф. Рэна в популярной форме рассматриваются вопросы военного и мирного применения атомной энергии. Автор рассказывает об устройстве ядерного оружия, его поражающих факторах и достижениях различных стран в этой области, а также приводит интересные данные о мировых энергетических потребностях, использовании радиоизотопов и т. д. Особый раздел брошюры посвящен состоянию атомной промышленности во Франции.

Русское издание брошюры рассчитано на широкий круг читателей.

---

Вот результаты действия светового излучения на находившихся вне укрытий людей (по данным взрыва в Хиросиме):

— в радиусе 1200 м от эпицентра взрыва (световой импульс[3] 9–10 кал/см2) — ожоги третьей степени, то есть такие, которые могут привести к смерти;

— в радиусе от 1200 до 2400 м (световой импульс 3 кал/см2) — ожоги второй степени, то есть сильные ожоги;

— на удалении более 2400 м (световой импульс 1–2 кал/см2) — ожоги первой степени, то есть легкие ожоги.

Судя по этим данным, температура в эпицентре взрыва достигала нескольких тысяч градусов.

Люди, находившиеся на расстоянии десятка километров от эпицентра взрыва, испытывали такое ощущение, как будто перед ними открыли дверцу топки.

Нужно отметить, что, кроме степени ожога, большую роль играют размеры обожженной поверхности. Доказано, что если человек получит ожоги третьей степени, причем площадь ожогов будет превышать третью часть поверхности его тела (последняя составляет около 1,8 м2), то он не выживет.

Все эти данные относятся к атомному взрыву, происходящему в абсолютно ясный день. В дождь или туман поражающее действие светового излучения уменьшается, поэтому невозможно точно рассчитать, какое воздействие оно окажет на тот или иной объект, например на город. Это можно сделать лишь приблизительно.

Следует также отметить, что в промышленном городе нормальная видимость не превышает 6 км, в то время как за городом в абсолютно ясный день она в 10 раз больше.

2. Действие светового излучения на различные материалы (пожары).

Пожары могут быть результатом либо прямого действия светового излучения, либо косвенного действия ударной волны.

а) В результате вспышки происходит самовозгорание легковоспламеняющихся материалов (бумаги, соломы, сухого дерева и т. д.), от которых огонь передается способным гореть предметам.

Если даже световое излучение не вызывает самовоспламенения, оно высушивает различные предметы, что в дальнейшем облегчает их возгорание; поэтому при атомном взрыве воспламеняются даже такие предметы, которые обычно не горят. Так, в Хиросиме телеграфные столбы обуглились в радиусе около 4 км от эпицентра взрыва.

б) Под действием ударной волны рушатся здания, то все стороны разлетаются искры и горящие обломки, лопаются газовые трубы, происходят короткие замыкания. Загоревшиеся от светового излучения предметы могут отбрасываться ударной волной на большое расстояние и вызывать новые пожары.

В конечном счете независимо от того, возникают пожары в результате прямого действия светового излучения или косвенного действия ударной волны, они быстро распространяются, охватывая обширные пространства.

В некоторых случаях может даже возникнуть огненная буря, как это произошло в Хиросиме (и в Токио 7 марта 1945 года). Огненная буря начинается обычно спустя 15–20 мин. после начала пожара. Для ее возникновения требуются следующие условия:

— большое количество очагов пожара;

— значительная площадь, охваченная пожарами (минимум 2–3 км2);

— определенная плотность застройки (40 %);

— благоприятные метеорологические условия, например направление ветра.

Во время таких огненных бурь и даже очень сильных пожаров большое количество населения подвергается опасности задохнуться в угарном газе СО.

Все сказанное выше относится к бомбе с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т, взорванной на высоте 600 м от поверхности земли.

Каково же будет поражающее действие атомной бомбы при наземном, подземном и подводном взрывах?

При наземном взрыве в результате чрезвычайно высоких температур все вблизи от места взрыва превратится в пепел, хотя общая площадь, охваченная пожарами, как правило, будет меньшей, чем при воздушном взрыве.

При подземном взрыве действие светового излучения будет значительно меньше. Не исключена возможность, что прямое действие, то есть зажигательное действие огненного шара, при взрыве на большой глубине сведется, к нулю. Это произойдет в том случае, если огненный шар не сможет «пробить» слой земли, под которым произошел взрыв. Тогда пожары будут возникать лишь в результате косвенного действия ударной волны.

И, наконец, при подводном взрыве действие светового излучения на находящихся на берегу людей и постройки будет практически ничтожным, поскольку вся тепловая энергия уйдет на превращение в пар значительной массы воды.

IV. Ударная волна

Атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, относилась к оружию взрывного действия, так как больше половины всей энергии взрыва (точнее, 60 %) выделилось в форме ударной волны. Нужно отметить, что ударная волна атомного взрыва действует в течение сравнительно продолжительного времени порядка одной или даже нескольких секунд, в то время как ударная волна обычного взрыва — лишь в течение миллионных долей секунды.

В месте взрыва создается область сверхвысокого давления, измеряемого, по-видимому, миллиардами атмосфер. Эта область распространяется во всех направлениях в форме ударной волны, образующейся в результате сжатия воздуха взрывными газами.

1. Действие ударной волны на людей.

Следует различать прямое и косвенное действие ударной волны на людей.

а) При условии, разумеется, что человек не погибнет под обломками зданий, высокое избыточное давление во фронте ударной волны причинит ему увечье.

Так, в Хиросиме в радиусе 1500 м от эпицентра взрыва наблюдалось избыточное давление в 1 кг/см2, при котором у незащищенных людей обычно лопаются барабанные перепонки. В радиусе 700 м от эпицентра взрыва избыточное давление составляло 7–8 кг/см2, что вызывает кровоизлияние в легкие. Наконец, в радиусе 300 м избыточное давление достигало 30 кг/см2, что приводит к серьезному общему поражению организма, в 50 % случаев со смертельным исходом[4].

б) Так называемое косвенное действие ударной волны гораздо опаснее. Распространяясь с колоссальной скоростью, ударная волна превращает все предметы в настоящие метательные снаряды, так что находящиеся вне укрытий люди подвергаются смертельной опасности. Поэтому защищаться в основном следует от косвенного действия ударной волны.

2. Действие ударной волны на различные сооружения.

Ударная волна представляет собой сложное явление, в котором следует хорошо разобраться,

а) Действие падающей ударной волны.

На фотографиях, сделанных на месте атомных взрывов в Японии, видно, что после взрывов там ничего не осталось; как будто какие-то гигантские машины все сравняли с землей. Американцы считают, что при ядерном взрыве избыточное давление в эпицентре взрыва должно составлять 3–5 кг/см2, или 30–50 т/м2. Наши постройки неспособны выдерживать таких давлений. Максимальная нагрузка, которую в состоянии выдержать обычные здания, не превышает 300–500 кг и лишь в исключительных случаях одну или несколько тонн на квадратный метр, поэтому давления порядка нескольких десятков тонн на квадратный метр оказываются им не под силу. Избыточное давление 0,2 кг/см2 причиняет зданиям (особенно окнам и дверям) значительные повреждения; при избыточном давлении 0,3–0,4 кг/см2 гнутся металлические каркасы зданий и трескаются кирпичные стены; наконец, при избыточном давлении 1,6 кг/см2 разрушаются обычные железобетонные постройки. Вышеприведенные цифры показывают, что при атомном взрыве могут уцелеть лишь такие особо прочные сооружения, как мосты, здания из монолитного железобетона и т. п., все остальное будет разрушено. Этим громадным избыточным давлением объясняется и то обстоятельство, что на месте атомного взрыва отсутствует характерная для обычной бомбардировки картина разрушений.

Избыточное давление в эпицентре взрыва является исходной величиной, зная которую, а также учитывая характер цели и мощность бомбы, можно заранее рассчитать оптимальную высоту взрыва. Само собой разумеется, что с увеличением мощности бомбы должна возрасти и высота взрыва.

б) Эффект Маха.

Когда падающая ударная волна достигает поверхности земли, образуется отраженная волна. Последняя, распространяясь в среде, обладающей высокой температурой, перемещается с большей скоростью, чем первая, и догоняет ее. Происходит интерференция, подобная той, которую можно наблюдать, бросив в воду камень. В результате этой интерференции падающей и отраженной волн возникает явление, называемое эффектом Маха[5]. Кажется, будто огромная стена, перемещаясь с колоссальной скоростью (порядка 3000 м/сек у самого эпицентра и около 340 м/сек на расстоянии 50 м от эпицентра), сметает все на своем пути. Можно сказать, что ударная волна движется в среднем со скоростью звука (340 м/сек). Следовательно, за 3 сек. она проходит 1600 м, за следующие 4 сек. — еще 1600 м и, наконец, за следующие 5 сек. — примерно столько же. Поражающее действие головной волны может быть в 6 раз сильнее, чем действие падающей ударной волны, и если здания в районе эпицентра рушатся вследствие большого избыточного давления, действующего сверху, то на значительном удалении от эпицентра они опрокидываются в результате воздействия головной ударной волны, распространяющейся параллельно поверхности земли. При взрыве каждая точка пространства в течение очень короткого времени испытывает чрезвычайно высокое давление, которое постепенно уменьшается и становится даже ниже атмосферного, причем время действия пониженного давления больше, чем избыточного. Этим объясняется то обстоятельство, что оконные стекла в домах после атомного взрыва оказываются иногда выбитыми в направлении, обратном движению ударной волны.