Efeitos de explosões nucleares

Um americano teste nuclear.

A energia liberada de uma arma nuclear detonada em um troposfera podem ser divididas em quatro categorias básicas:

• Explosão-40-50% da energia total
• Radiação térmica de 30-50% da energia total
• A radiação ionizante-5% da energia total
• Radiação residual 5-10% da energia total

No entanto, dependendo do desenho da arma e do ambiente em que é detonado a energia distribuída a estas categorias pode ser aumentado ou diminuído para o ponto de anulação. O efeito de explosão é criado por imensas quantidades de energia, abrangendo a espectro eletromagnético, com os arredores. Locais como submarino, superfície, airburst, ou exo-atmosférico determinam quanto energia é produzida como explosão e quanto como a radiação. Em geral, os meios mais densos em torno da bomba, como a água, absorver mais energia, e criar ondas de choque mais potentes e, ao mesmo tempo que limita a área de seu efeito.

Os efeitos dominantes de uma arma nuclear onde as pessoas são susceptíveis de serem afectadas (explosão e radiação térmica) são mecanismos de danos físicos idênticos aos convencionais explosivos. No entanto, a energia produzida por um explosivo nuclear é milhões de vezes mais poderosos por grama e as temperaturas alcançadas estão momentaneamente na casa das dezenas de milhões de graus.

Energia a partir de um explosivo nuclear é lançado inicialmente em diversos formulários de radiação penetrante. Quando existe um material tal como o ar circundante, de rocha, ou água, esta radiação interage com e aquece-se rapidamente a uma temperatura de equilíbrio. Isto faz com que a vaporização de material resultando na sua expansão rápida circundante. A energia cinética criada por esta expansão contribui para a formação de uma onda de choque. Quando uma detonação nuclear ocorre no ar perto do nível do mar, muita da energia liberada interage com a atmosfera e cria uma onda de choque que se expande esfericamente do hipocentro. Radiação térmica intensa no hipocentro forma uma bola de fogo e se a explosão é baixo o suficiente, seu frequentemente associado nuvem de cogumelo. Em uma explosão em altitudes elevadas, onde a densidade do ar é baixa, mais energia é libertada como radiação gama e raios-x ionizante do que uma atmosfera deslocando onda de choque.

Em 1945 havia alguma especulação inicial entre os cientistas que desenvolvem as primeiras armas nucleares que pode haver uma possibilidade de inflamar a atmosfera da Terra com uma grande explosão nuclear suficiente. Isto diz respeito a uma reacção nuclear de dois átomos de azoto formam um carbono e um átomo de oxigénio, com a libertação de energia. Essa energia seria aquecer o nitrogênio restante bastante para manter a reação ir até que todos os átomos de nitrogênio foram consumidos. Este foi, no entanto, rapidamente mostrado ao ser improvável suficiente para ser considerada impossível . No entanto, a noção persistiu como um boato por muitos anos.

Efeitos diretos

Danos explosão

Gamas de sobrepressão de 1 a 50 psi de um 1 kilotoneladas de ar TNT rebentar como uma função da altura rebentar. A curva preta fina indica a altura explosão óptima para uma dada gama de chão.

Uma estimativa do tamanho dos danos causados pela Bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki. Um moderno bomba de hidrogênio seria dezenas de vezes mais potente e níveis semelhantes de causar danos a 2-5 vezes a distância.

As altas temperaturas e pressões de gás para provocar um movimento para fora radialmente de uma casca fina, densa chamado "a frente hidrodinâmico." Os actos de frente como um êmbolo que empurra contra e comprime o meio circundante para fazer uma esfericamente expansão onda de choque. Em primeiro lugar, esta onda de choque está dentro da superfície da bola de fogo em desenvolvimento, que é criado num volume de ar pelos raios-X. No entanto, dentro de uma fração de segundo a frente de choque densa obscurece a bola de fogo, causando o pulso dupla característica de luz visto de uma detonação nuclear. Para rajadas de ar no ou perto do nível do mar entre 50-60% da energia da explosão vai para a onda de choque, dependendo do tamanho e do razão de rendimentos para o peso da bomba. Como regra geral, a fracção de explosão é maior para baixo rendimento e / ou de massa de alta bomba. Além disso, diminui a altitudes elevadas, porque há menos massa de ar para absorver a energia de radiação e convertê-lo em explosão. Este efeito é mais importante para altitudes acima de 30 km, correspondente a <1 por cento da densidade do ar no nível do mar.

Grande parte da destruição causada por uma explosão nuclear é devido à explosão efeitos. A maioria dos edifícios, com excepção estruturas reforçadas ou resistentes a explosões, sofrerá moderada a graves danos quando submetidos a sobrepressões de apenas 35,5 quilopascal (kPa) (5,15 libras-força por polegada quadrada ou 0,35 atm).

O vento explosão pode exceder mil quilômetros por a hora. O intervalo para efeitos de sopro aumenta com o rendimento explosiva da arma e também depende da altura explosão. Ao contrário do que se poderia esperar de geometria da faixa explosão não é máxima para explosões de superfície ou baixa altitude, mas aumenta com a altitude até uma "explosão altitude ideal" e depois diminui rapidamente para altitudes mais elevadas. Isto é devido ao comportamento não linear das ondas de choque. Se a onda de choque atinge a terra é reflectida. Abaixo de um certo ângulo de reflexão da onda reflectida e a onda directa fundir e formar uma onda horizontal reforçado, o chamado haste Mach (nome Ernst Mach). Para cada sobrepressão baliza, há uma certa altura explosão óptima no qual a gama de sopro é maximizada. Em uma explosão de ar típico, em que a gama de sopro é maximizada para 5 a 20 psi (35-140 kPa), estes valores de pressão e a velocidade do vento acima referido irá prevalecer na faixa de 0,7 km para 1 quilotons (kt) de rendimento TNT; 3,2 km para 100 kt; e 15,0 km para 10 megatons (Mt) de TNT.

Dois, fenômenos simultâneos distintos estão associados com a onda de choque no ar:

• Sobrepressão estática, ou seja, o aumento acentuado da pressão exercida pela onda de choque. A sobrepressão, em qualquer ponto dado é directamente proporcional à densidade do ar na onda.
• Pressões dinâmicas, isto é, o arrasto exercida pela explosão ventos necessária para formar a onda de choque. Estes ventos empurrar, máquina de secar e objetos lágrimas.

A maior parte do material de danos causados por uma explosão nuclear de ar é causada por uma combinação das elevadas sobrepressões estáticos e os ventos explosão. A longa compressão da onda de choque enfraquece estruturas, as quais são então separadas pela explosão dos ventos. As fases de compressão, e arrasto de vácuo em conjunto, podem durar vários segundos ou mais, e exercem forças muitas vezes maior do que a mais forte furacão .

Agindo sobre o corpo humano, as ondas de choque provocam ondas de pressão através dos tecidos. Estas ondas principalmente danificar junções entre tecidos de diferentes densidades ( e osso músculo) ou a interface entre o tecido e ar. Pulmões e do cavidade abdominal, que contêm ar, são particularmente feridas. O dano provoca graves hemorragias ou embolias de ar, seja de que podem ser rapidamente fatal. A sobrepressão estimado para danificar os pulmões é de cerca de 70 kPa. Alguns tímpanos provavelmente ruptura de cerca de 22 kPa (0,2 atm) e metade romperiam entre 90 e 130 kPa (0,9 a 1,2 atm).

Explosão Winds: As energias arraste dos ventos explosão são proporcionais aos cubos de suas velocidades multiplicado por as durações. Estes ventos podem atingir várias centenas de quilômetros por hora.

A radiação térmica

Mushroom altura nuvem dependendo rendimento para rajadas de terra.
Aeronaves comerciais 0 = aprox altitude operar
1 = Fat Man
2 = Castelo Bravo.

As armas nucleares emitem grandes quantidades de radiação electromagnética como visível, infravermelha e luz ultravioleta. Os principais riscos são as queimaduras e olho lesões. Em dias claros, estas lesões podem ocorrer bem além de explosão varia. A luz é tão poderoso que pode iniciar incêndios que se espalharam rapidamente nos escombros deixados por uma explosão. A gama de efeitos térmicos aumenta significativamente com o rendimento de arma. A radiação térmica é responsável por entre 35-45% da energia libertada na explosão, dependendo do rendimento do dispositivo.

Existem dois tipos de lesões oculares da radiação térmica de uma arma:

O Flash cegueira é causada pelo flash brilhante inicial de luz produzida pela detonação nuclear. Mais energia de luz é recebida na retina que pode ser tolerado, mas menos do que o necessário para a lesão irreversível. A retina é particularidade susceptível a luz infravermelha de comprimento de onda visível e curto, uma vez que esta parte do espectro eletromagnético é focada pela lente na retina. O resultado é o branqueamento de pigmentos visuais e temporária cegueira para até 40 minutos.

Queimaduras visíveis em uma mulher em Hiroshima durante a explosão, as cores mais escuras de sua quimono no momento da detonação correspondem a queimaduras claramente visíveis na pele contacto com peças da peça de vestuário exposto a radiação térmica. Desde quimonos não são formar vestuário adequado, algumas partes não estavam tocando diretamente sua pele são visíveis como pausas no padrão. Bem como as áreas de montagem mais apertados que se aproximam da linha de cintura, onde o padrão é muito mais definida.

Uma queimadura da retina resultando em danos permanentes a partir de cicatrizes é também causada pela concentração de energia térmica directa sobre a retina pela lente. Ele irá ocorrer apenas quando a bola de fogo é, na verdade, no campo do indivíduo de visão e seria uma lesão relativamente incomum. Queimaduras de retina, no entanto, podem ser sustentadas a distâncias consideráveis da explosão. O tamanho aparente da bola de fogo, uma função de rendimento e gama vai determinar o grau e da extensão da cicatriz na retina. Uma cicatriz no campo visual central seria mais debilitante. Geralmente, um defeito no campo visual limitado, o que será pouco perceptível, é tudo o que é provável que ocorra.

Quando a radiação térmica atinge um objeto, parte será refletida, parte transmitida, eo restante absorvido. A fracção que é absorvida depende da natureza e da cor do material. Um material fino pode transmitir muito. Uma luz colorida objecto pode reflectir a maior parte da radiação incidente e, portanto, escapar danos. A radiação térmica absorvida aumenta a temperatura da superfície e resulta em escaldante, carbonização, e queima de madeira, papel, tecidos, etc Se o material é um condutor térmico pobre, o calor está confinada à superfície do material.

Ignição real dos materiais depende do tempo do pulso térmico dura e o teor de humidade e espessura do alvo. Perto do Marco Zero, onde o fluxo de energia for superior a 125 J / cm², o que pode queimar, vai. Mais longe, os materiais apenas o mais facilmente inflamados vai inflamar. Efeitos incendiários são agravados por fogos secundários iniciados pelos efeitos onda de choque tal como de fogões e fornos virada.

Em Hiroshima, uma tremenda tempestade de fogo desenvolvido dentro de 20 minutos após a detonação e destruiu muitos mais edifícios e casas. Uma tempestade de fogo tem ventos com força de vendaval soprando em direção ao centro do fogo de todos os pontos da bússola. Não é, no entanto, um fenômeno peculiar de explosões nucleares, tendo sido observado com freqüência em grandes incêndios florestais e na sequência de ataques incendiários durante a Segunda Guerra Mundial .

Porque a radiação térmica viaja mais ou menos em linha reta da bola de fogo (a menos dispersos) qualquer objeto opaco irá produzir uma sombra protetora. Se nevoeiro ou neblina espalha a luz, ele vai aquecer as coisas a partir de todas as direções e blindagem será menos eficaz, mas nevoeiro ou neblina diminui igualmente a gama destes efeitos.

Os efeitos indirectos

Pulso eletromagnético

Os raios gama de uma explosão nuclear produzir alta energia elétrons através Espalhamento Compton. Estes elétrons são capturados no campo magnético da Terra, a altitudes entre vinte e 40 km, onde ressoam. A corrente eléctrica oscilante produz uma coerente pulso eletromagnético (EMP), que dura cerca de um milésimo de segundo. Os efeitos secundários podem durar por mais do que um segundo.

O pulso é poderoso o suficiente para fazer com que objetos longo de metal (como cabos) para agir como antenas e gerar alta Tensões quando o pulso passa. Estas voltagens, e a alta associada correntes, pode destruir eletrônica não blindados e até mesmo muitos fios. Não há efeitos biológicos conhecidos de EMP. O ar ionizado também atrapalha o tráfego de rádio que normalmente saltar fora do ionosfera.

Pode-se proteger a eletrônica por envolvê-los completamente em malha condutora, ou qualquer outra forma de Gaiola de Faraday. Claro rádios não pode operar quando blindado, porque ondas de rádio difusão não pode alcançá-los.

Radiação ionizante

Cerca de 5% da energia libertada numa rajada de ar nuclear é sob a forma de radiação ionizante: nêutrons, raios gama, partículas alfa, e os elétrons se deslocam a velocidades incríveis, mas com diferentes velocidades que podem ser ainda longe da velocidade da luz (partículas beta). Os nêutrons resultam quase exclusivamente a partir da fissão e reacções de fusão, enquanto que a radiação gama inicial que inclui resultantes destas reacções, bem como a que resulta da decomposição de produtos de cisão de curta duração.

A intensidade da radiação nuclear inicial diminui rapidamente com a distância a partir do ponto de ruptura devido a radiação se espalha sobre uma área maior, uma vez que se desloca da explosão. Também é reduzida por absorção e espalhamento atmosféricos.

O carácter da radiação recebida numa determinada localização, também varia com a distância a partir da explosão. Perto do ponto da explosão, a intensidade de neutrões é maior do que a intensidade da gama, mas com o aumento da distância a proporção neutrão-gama diminui. Em última análise, o componente de radiação de neutrões inicial torna-se insignificante em comparação com o componente gama. A gama de níveis significativos de radiação inicial não aumente significativamente com o rendimento de arma e, como resultado, a irradiação inicial torna-se menos de um perigo com o aumento do rendimento. Com armas maiores, acima de cinqüenta kt (200 TJ), explosão e efeitos térmicos são muito maiores em importância que efeitos de radiação rápidas pode ser ignorado.

A radiação de nêutrons serve para transmutar a matéria circundante, muitas vezes tornando-radioativo. Quando adicionado ao pó de material radioativo liberado pela própria bomba, uma grande quantidade de material radioativo é liberado no ambiente. Esta forma de contaminação radioativa é conhecido como precipitação nuclear e representa o principal risco de exposição à radiação ionizante para uma grande arma nuclear.

Terremoto

A onda de pressão de uma explosão subterrânea irá propagar através do solo e causar um menor terremoto . A teoria sugere que uma explosão nuclear poderia provocar ruptura da falha e causar um grande terremoto em distâncias dentro de algumas dezenas de quilômetros a partir do ponto tiro.

Resumo dos efeitos

A tabela a seguir resume os efeitos mais importantes de explosões nucleares sob certas condições.

¹⁾ Para os efeitos da radiação direta do alcance inclinado em vez do alcance no terreno é mostrado aqui, porque alguns efeitos não são dadas ainda no ground zero para algumas alturas explosão. Se o efeito ocorre no marco zero da faixa de terra pode simplesmente ser derivado de alcance inclinado e altitude estourar ( teorema de Pitágoras ).

²⁾ "síndrome de radiação aguda" corresponde aqui a uma dose total de uma cinza, "letal" para dez cinzas. Note-se que esta é apenas uma estimativa aproximada já que as condições biológicas são negligenciados aqui.

Outros fenômenos

Como a bola de fogo sobe pelo ar parado, ele assume o padrão de fluxo de um anel de vortex com material incandescente no núcleo vórtice como visto em certos fotografias. Na explosão de bombas nucleares, por vezes, ocorrem descargas de raios. Não relacionada com a explosão em si, muitas vezes, há trilhas de fumaça visto em fotografias de explosões nucleares. Estes são formados a partir de foguetes emissão de fumaça lançada antes da detonação. As fugas do fumo são utilizados para determinar a posição da onda de choque, que é invisível, nos milissegundos após a detonação através da refração da luz, o que provoca uma quebra de óptica nas fugas do fumo como a onda de choque passa. A chiadeira ocorre se o reacção em cadeia nuclear não é sustentada por tempo suficiente para causar uma explosão, ou se a explosão é de muito menos energia do que o esperado. Isto pode acontecer se, por exemplo, o rendimento do material físsil utilizado é muito baixa, os explosivos de compressão em torno físsil misfire material ou o iniciador de nêutrons falhar.