核爆炸瞬間產(chǎn)生的巨大能量,形成光輻射、沖擊波、早期核輻射和放射性沾染四種殺傷破壞因素。前三種因素的作用時間,均在爆炸的幾秒至幾十秒之內,故稱為瞬時殺傷因素(instantaneous killing factor)。放射性沾染的作用時間長,可持續(xù)幾天,幾周或更長時間,以其放射性危害人員健康,因此稱為剩余核輻射(recidual unclear radiation)。此外,由核爆炸釋放的γ射線,使空氣分子電離,形成核電磁脈沖(nuclear electro-magnetic pulse),它的作用時間不到一秒鐘。主要是破壞或干擾電子和電氣設備,尚未發(fā)現(xiàn)對人畜有殺傷作用。
在30km高度以下大氣層中的核爆炸,上述四種殺傷破壞因素在爆炸總量所占比例大致為:光輻射35%,沖擊波50%,早期核輻射5%,放射性沾染10%。但由于核武器種類、當量和爆炸環(huán)境的不同,能量分配的比例會有很大的差異。例如中子彈的早期核輻射(主要是高能中子)的能量比例可高達40%~80%,其它殺傷因素的能量比例則顯著降低。
一、光輻射
(一)光輻射的形成
光輻射(light radiation)是核爆炸瞬間產(chǎn)生的幾千萬度的高溫火球,向四周輻射的光和熱、光輻射也稱熱輻射(thermal radiaion)。
(二)光輻射的主要性質
1.能量釋放:光輻射能量釋放有兩個脈沖。第一脈沖為閃光階段,持續(xù)時間極短,所釋放的能量僅為光輻射總能量的1%~2%,主要是紫外線。這階段不會引起皮膚損傷,但有可能引起視力障礙。第二脈沖為火球階段,持續(xù)時間可達幾秒至幾十秒,所釋放的能量占光輻射總量的98%~99%,主要是紅外線和可見光,是光輻射殺傷破壞作用的主要階段。醫(yī)學全.在.線gydjdsj.org.cn
2.光沖量:光沖量(radiant exposure)是徇衡量光輻射殺傷破壞作用的主要參數(shù)。光沖量是指火球在整個發(fā)光的時間內,投射到與光輻射傳播方向相垂直的單位面積上的能量,單位是焦耳·每平方米或焦耳·每平方厘米(J·m-2、J·cm-2)。
3.光輻射的傳播:光輻射具有普遍光的特性,在大氣中是以光速(3×108m·s-1)呈直線傳播。傳播中,受到大氣中各種介質的反射、散射和吸收、強度逐漸被削減,但能透過透明物體發(fā)生作用。
二、沖擊波
。ㄒ)沖擊波的形成
核爆炸形成的高溫高壓火球,猛烈向外膨脹,壓縮周圍的空氣層,形成一個球形的空氣密度極高的壓縮區(qū)。隨著壓縮壓的迅速向外運動,其后形成一個球形的低于正常大氣壓的稀疏區(qū)。兩個區(qū)域緊密相連,在介質中迅速傳播,形成了核爆炸的沖擊波(blast wave)(圖2-5)。
圖2-5 沖擊波形成及運行模式圖
。ǘ)沖擊波的主要性質
1.沖擊波的壓力:沖擊波的壓力有超壓(overpressure)、動壓(dynamic pressure)以及負壓(underpressure,negative pressure)三種。壓縮區(qū)內超過正常大氣壓的那部分壓力稱為超壓;高速氣流運動所產(chǎn)生的沖擊壓力稱為動壓。波陣面上的超壓和動壓最大,分別稱為超壓峰值和動壓峰值。以單位面積所承受的壓力表示,其單位是帕斯卡(簡稱帕,符號Pa,1Pa=1N·m2,1kPa=7.501mmHg)。稀疏區(qū)內低于正常大氣壓的那部分壓力稱為負壓。沖擊波的殺傷破壞作用主要是由超壓和動壓造成的,而負壓的作用較小。
2.沖擊波的傳播:沖擊波傳播的規(guī)律與聲波相同。壓力越大,傳播越快,最初速度可達每秒數(shù)公里。以后隨著傳播距離漸遠,壓力漸小,則速度漸慢,當壓力降至正常大氣壓時,沖擊波就變成聲波而消失。
3.沖擊波的作用時間:沖擊波到達某一距離所需的時間,稱為沖擊波的到達時間。沖擊波到達某一點,壓力從開始上升至達峰值所需的時間,稱為壓力上升時間。超壓持續(xù)作用的時間,稱為正壓作用時間。壓力上升時間越短,正壓作用時間越長,則殺傷破壞作用就越強,反之則越弱。