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核爆炸

发布时间:2014-03-01 13:04:30  

核爆炸

核爆炸

nuclear explosion

核武器或核装置在几微秒的瞬间释放出大量能量的过程。为了便于和普通炸药比较,核武器的爆炸威力,即爆炸释放的能量,用释放相当能量的TNT炸药的重量表示,称为TNT当量。 核反应释放的能量能使反应区(又称活性区)介质温度升高到数千万开,压强增到几十亿大气压(1大气压等于101325帕),成为高温高压等离子体。反应区产生的高温高压等离子体辐射X射线,同时向外迅猛膨胀并压缩弹体,使整个弹体也变成高温高压等离子体并向外迅猛膨胀,发出光辐射,接着形成冲击波(即激波)向远处传播。

核爆炸景象 核爆炸发生后,先是产生发光火球,继而产生蘑菇状烟云。这是核爆炸的典型征象。

火球 核武器在距地面一定高度的空中爆炸时,高温高压弹体迅猛向四周膨胀并以 X射线辐射加热周围的冷空气。热空气吸收高温辐射所具有的特点使得加热、增压后的热空气团是一个温度大致均匀的球体,并且温度、压强具有突变的锋面,这个热空气团称为等温火球。火球(见彩图[核爆炸火球和冲击波])一面向外发出光辐射,一面迅速膨胀,同时温度、压强逐渐下降。温度下降到3×10开时形成以40~50千米/秒的速度向四周运动的冲击波,其阵面(也就是火球的锋面)仍然发光。冲击波形成后,火球内部的温度分布是表面低,向内逐渐升高,火球里面有一个温度均匀的高温核。冲击波阵面温度降低到略高于2000开时,冲击波脱离火球,并按力学规律向外传播,而后其阵面不再发光。

蘑菇云 火球熄灭后形成上升的烟云。冲击波在爆心投影点附近地面的反射和负相的抽吸作用使得地面掀起巨大尘柱,上升的尘柱和烟云相衔接,形成高大的蘑菇状烟云(简称蘑菇云)。

核爆炸方式 根据爆炸当量、爆炸相对于地面、水面的位置,爆炸方式分为空中核爆炸、高空核爆炸、地面核爆炸、地下核爆炸和水下核爆炸等五种。

空中核爆炸 距地面一定高度之上(小于 30千米)的核爆炸。爆炸瞬间先出现强烈明亮的闪光,后形成不断增大和发光的火球。冲击波经过地面反射回到火球后使火球变形,呈上圆下扁的“馒头”状,最后,从地面升起的尘柱和烟云共同形成高大的蘑菇云。在冲击波所到之处还可听到多声巨响。火球的最大直径和发光时间、蘑菇云

稳定时的高度主要决定于爆炸的 TNT当量。对于2万吨TNT当量的核爆炸, 火球最大直径约为440米,发光时间约为2.4秒,稳定蘑菇云的高度约为11千米。 高空核爆炸 在距地面高度大于30千米处的核爆炸,火球大体上是一个竖直椭球,其膨胀、上升速度和最大半径都比空中核爆炸时大得多。 爆炸高度如大于100千米,火球现象消失, 因光辐射的照射,在80~100千米的高度上形成发光暗淡的“圆饼”,同时在爆点下方和南北半球对称区域(称为共轭区)产生人造极光和其他地球物理现象。

地面核爆炸 与空中核爆炸基本上相似,地面核爆炸的特点是:火球呈半球形,烟云与尘柱一开始就连接在一起上升,并向四周抛出大量沙石,形成弹坑。 地下核爆炸 见地下爆炸。

水下核爆炸 在一定水深中的核爆炸,也会形成火球,但规模比空中核爆炸小,发光时间也短得多。火球熄灭后在水中形成猛烈膨胀的气球(主要成分是水蒸气),引起水中冲击波,气球上升到水面时,抛射出大量蒸汽,同时有大量水涌入爆炸中形成的空腔,因而形成巨大水柱,其上方继续向外喷射放射性物质,形成象菜花一样的云顶,其高度远低于空中爆炸所形成的蘑菇云(见图[水下核爆炸景象])。水柱下沉时,形成由水滴组成的云雾(称基浪),从爆心投影点向周围快速运动,而在投影点上空产生的云团随风飘移,会造成持续近一小时的大雨。在足够深处的水下爆炸则不出现菜花云。

核爆炸力学效应 在低空核爆炸的爆炸能量中,冲击波约占50%,光辐射约占35%, 早期核辐射约占5%,放射性沾染中的剩余核辐射约占10%,核电磁脉冲仅占0.1%左右;对于主要为聚变反应的核武器, 剩余核辐射所占的比例则少得多。由上述能量比例可以看出:冲击波所表现的力学效应起主要作用,不过爆炸高度超过约30千米的高空核爆炸除外。空中核爆炸的力学效应主要表现为空气中传播的冲击波以及冲击波拍打地面引起地下土石介质中的压缩波和地震波。地面核爆炸的力学效应除表现为向空气中传播冲击波外,还表现为在地表形成爆炸弹坑,以及向地下土石介质传播冲击波,冲击波衰减后形成压缩波和地震波;弹坑周围的土石介质经冲击波的压缩和推动产生以加速度、速度和位移表征的强烈的地面运动。地下核爆炸中浅埋爆炸的主要力学效应为形成弹坑和土石介质中的冲击波,冲击波衰减成压缩波和地表波,引起强烈的地运动;封闭式爆炸主要是在爆点周围形成空腔,并在周围介质中传播冲击波、压缩波和地震波。水下核爆炸的主要力学效应是形成水中冲击波,在水面形成从爆心投影点向四周扩展的基浪,它是造成水面物体破坏的重要因素,如果爆炸深度不大,空气冲击波也不可忽视。

核爆炸的杀伤和破坏效应 核爆炸是通过冲击波、光辐射、早期核辐射、核电磁脉冲和放射性沾染等效应对人体和物体起杀伤和破坏作用的。前四者都只在爆炸后几十秒钟的短时间内起作用,后者能持续几十天甚至更长时间。冲击波可以摧毁地面构筑物和伤害人畜。光辐射主要是可见光和红外线,能烧伤人的眼睛和皮肤,并使物体燃烧,引起火灾。核爆炸早期裂变产物发射出贯穿能力很强的中子流和γ射线,可以贯穿并破坏人体和建筑物。裂变产物、未烧掉的核燃料和被中子活化的元素,都会由气

化状态冷凝为尘粒,沉降到地面,造成地面和空气的放射性沾染,所发出的γ和β射线称为核爆炸的剩余辐射,也能对人体造成伤害。核爆炸发出的γ射线在空气分子上产生康普顿散射,散射出的非对称电子流在大气中激起向远方传播的电磁脉冲,可在大范围内对战略武器系统的控制和运行以及全球无线电通讯构成干扰和威胁。

核爆炸的杀伤和破坏程度同爆炸当量和爆炸高度有关。百万吨以上大当量的空中爆炸,起杀伤和破坏作用的主要是光辐射和冲击波,光辐射的杀伤和破坏范围尤其大,对于城市还会造成大面积的火灾。万吨以下的小当量空中爆炸,则以早期核辐射的杀伤范围为最大,冲击波次之,光辐射最小。空中爆炸一般只能摧毁较脆弱的目标,地面爆炸才能摧毁坚固的目标,如地下工事、导弹发射井等。触地爆炸形成弹坑,可破坏约两倍于弹坑范围内的地下工事,摧毁爆点附近的地面硬目标,但对脆弱目标的破坏范围则小得多。地面爆炸会造成下风方向大范围的放射性沾染,无防护的居民会受到严重危害。

核爆炸防护 核爆炸的各种杀伤和破坏因素都是可以防护的,只要采取有效措施就能减轻或避免伤害。构筑工事就是比较有效的防护措施,尤其是地下工事,如坑道和民防工事等,防护效果都较好。只要工事不遭破坏,里面的人员就是安全的,即使是简易野战工事,如堑壕、单人掩体等也有一定的防护效果。在简易工事内的人比在同距离处开阔地面上人的伤情,一般约低两个等级。暴露在开阔地面上的人如能利用沟渠、土丘、弹坑等地形地物迅速卧倒,并尽可能将身体暴露部位遮蔽起来也可以减轻伤害。对放射性沾染的防护是一个比较复杂的问题,应查明沾染情况,撤出沾染区并消除沾染,以减轻伤害。

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