Контрольная работа по дисциплине "Гражданская оборона и ЧС"

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет  информационных технологий, механики и оптики

 

Институт холода и биотехнологий

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра безопасности жизнедеятельности

и промышленной теплотехники

 

 

 

 

 

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

И ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 6 курса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014 год

 

Вопрос №12

Ударная волна (определение, источники, классификация). Воздействие ударной  воды на людей, здания, сооружения. Первичный  поражающий фактор ударной волны, единицы измерения. Зоны разрушения.

Ударная волна, по определению из Большой  Советской Энциклопедии, - это скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой  скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества.

Например, при взрыве взрывоопасных  веществ образуются высоконагретые продукты, обладающие большой плотностью и находящиеся под высоким  давлением. В начальный момент они  окружены покоящимся воздухом при нормальной плотности и атмосферном давлении. Расширяющиеся продукты взрыва сжимают  окружающий воздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается  лишь воздух, находящийся в определённом объёме; вне этого объёма воздух остаётся в невозмущённом состоянии. С течением времени объём сжатого  воздуха возрастает.

Классический пример возникновения  и распространения ударных волн -- опыт по сжатию газа в трубе поршнем. Если поршень вдвигается в газ  медленно, то по газу со скоростью звука A бежит акустическая (упругая) волна  сжатия. Если же скорость поршня не мала по сравнению со скоростью звука, возникает ударная волна. Расстояния между частицами в ударной  волне меньше, чем в невозмущённом  газе, вследствие сжатия газа. Если поршень  сначала вдвигают в газ с небольшой  скоростью и постепенно ускоряют, то ударная волна образуется не сразу. Вначале возникает волна сжатия с непрерывными распределениями  плотности R и давления P. С течением времени крутизна передней части  волны сжатия нарастает, так как  возмущения от ускоренно движущегося  поршня догоняют её и усиливают, вследствие чего возникает резкий скачок всех гидродинамических величин, то есть ударная волна. [2], [3]

Звук представляет собой колебания  плотности среды, распространяющиеся в пространстве. Уравнение состояния  обычных сред таково, что в области  повышенного давления скорость звука (скорость распространения возмущений) возрастает. Это неизбежно приводит к явлению опрокидывания решений, которые и порождают ударные  волны.

В силу этого механизма, ударная  волна в обычной среде -- это  всегда волна сжатия. Однако в тех  системах, в которых скорость распространения  возмущений уменьшается с ростом плотности, будет наблюдаться ударная  волна разрежения.

Описанный механизм предсказывает  неизбежное превращение любой звуковой волны в слабую ударную волну. Однако в повседневных условиях для  этого требуется слишком большое  время, так что звуковая волна  успевает затухнуть раньше, чем нелинейности становятся заметны. Для быстрого превращения  колебания плотности в ударную  волну требуются сильные начальные  отклонения от равновесия. Этого можно  добиться либо созданием звуковой волны  очень большой громкости, либо механически, путём околозвукового движения объектов в среде. Именно поэтому ударные  волны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях  тел (течение газа, при котором  в рассматриваемой области скорости V его частиц больше местных значений скорости звука A), при мощных электрических  разрядах и т.д.

Введение понятия ударной волны  приписывают немецкому ученому  Бернхарду Риману (1876).

Структура ударной волны

Типичная ширина ударной волны  в воздухе - 10-4 мм (порядка нескольких длин свободного пробега молекул). Малая толщина такой волны дает возможность во многих задачах считать ее поверхностью разрыва. Но в некоторых случаях имеет значение структура ударной волны. Такая задача представляет и теоретический интерес. Для слабых ударных волн хорошее согласие эксперимента и теории дает модель, учитывающая вязкость и теплопроводность среды. Для ударных волн достаточно большой интенсивности структура должна учитывать (последовательно) стадии установления термодинамического равновесия поступательных, вращательных, для молекулярных газов еще и колебательных степеней свободы, в определенных условиях - диссоциацию и рекомбинацию молекул, химические реакции, процессы с участием электронов (ионизацию, электронное возбуждение).

ударный волна воздействие защита

Параметры УВ

Для характеристики ударной волны  при взрыве газовоздушных смесей используются параметры по своему физическому  содержанию аналогичные параметрам ударной волны при взрыве конденсированных взрывоопасных веществ.

Параметры ударной волны представлены в таблице 1.

Параметры ударной волны ЯВ мощностью 30 Кт.

Параметры	Расстояние от центра взрыва (км)
	0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5
Избыточное давление во фронте, кПа Скорость фронта, м/с Скорость воздуха во фронте, м/с	135 75 48 26 17 12 494 432 402 374 364 357 310 189 124 68 43 31

 

При переходе через ударную волну  должны выполняться общие законы сохранения массы, импульса и энергии. Соответствующие условия на поверхности  волны - непрерывность потока вещества, потока импульса и потока энергии:

р- плотность,

u - скорость,

p - давление,

h - энтальпия, теплосодержание)  газа. Индексом «0» отмечены параметры  газа перед ударной волной, индексом  «1» - за ней.

Эти условия носят название условий  Ренкина - Гюгонио, поскольку первыми  из опубликованных работ, где были сформулированы эти условия, считаются работы британского  инженера Вильяма Ренкина (1870) и французского баллистика Пьера Анри Гюгонио (1889).

Условия Ренкина - Гюгонио позволяют  получить давление и плотность за фронтом ударной волны в зависимости  от начальных данных (интенсивности  ударной волны и давления и  плотности перед ней):

h - энтальпия газа.

Эта зависимость носит название адиабаты ((от греч. adiбbatos -- непроходимый), линия, изображающая на любой термодинамической диаграмме равновесный адиабатный процесс (т. е. процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой) Гюгонио, или ударной адиабаты (рис. 1).

Фиксируя на адиабате точку, соответствующую  начальному состоянию перед ударной  волной, получаем все возможные состояния  за волной заданной интенсивности. Состояниям за скачками сжатия отвечают точки  адиабаты, расположенные левее выбранной  начальной точки, за скачками разрежения - правее.

Анализ адиабаты Гюгонио показывает, что давление, температура и скорость газа после прохождения скачка сжатия неограниченно возрастают при увеличении интенсивности скачка. В это же время плотность возрастает лишь в конечное число раз, сколь бы ни была велика интенсивность скачка. Количественно увеличение плотности  зависит от молекулярных свойств  среды, для воздуха максимальный рост 6 раз. При уменьшении амплитуды  ударной волны она вырождается  в слабый (звуковой) сигнал.

 

 

 

Воздействия ударной волны на людей, здания, сооружения

В случае возникновения ударной  волны люди, здания, сооружения могут  находиться под прямым или косвенным  воздействием ударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматический характер, а при воздействии на здания, сооружения -- разрушительный характер.

Прямое воздействие ударной  волны на человека приводит к травматическим последствиям, тяжесть которых зависит  от величины давления во фронте ударной  волны. Все травмы подразделяются по степени тяжести на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые.

Открыто расположенные люди получают легкие травмы при избыточном давлении во фронте ударной волны 20-40 кПа. В  этом случае человек может получить незначительные повреждения: ушибы, вывихи конечностей, временное повреждение  слуха, легкие контузии.

Средние травмы человек получает при  давлении 40-60 кПа, которые характеризуются  серьезными контузиями, повреждениями  слуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами, переломами конечностей.

Тяжелые травмы наступают при давлении 60-100 кПа и характеризуются тяжелыми контузиями, значительными переломами конечностей, сильным кровотечением  из носа и ушей.

Крайне тяжелые травмы человек  получает при избыточном давлении более 100 кПа и такие травмы, как правило, оканчиваются летальным исходом.

Прямое воздействие избыточного  давления во фронте ударной волны  и скоростной напор на здания, сооружения и т. д. приводит к их частичному или  полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.

Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного  давления может быть оценена следующем  образом:

1. Для промышленного здания с  металлическим или железобетонным  каркасом: при избыточном давлении 50...60кПа - сильное, 40...50кПа - среднее, 20...40кПа - слабое;

2. Для кирпичного многоэтажного  здания с остеклением: при избыточном  давлении 20...30кПа - сильное, 10...20кПа  - среднее, 8..10кПа - слабое;

3. Для кирпичного одно- двухэтажного  здания с остеклением: при избыточном  давлении 25...35кПа - сильное, 15...25кПа  - среднее, 8...15кПа - слабое;

4. Для приборных стоек: при  избыточном давлении 50...70кПа - сильное, 30...50кПа - среднее, 10...30кПа - слабое;

5. Для антенных устройств: при  избыточном давлении 40кПа - сильное, 20...40кПа - среднее, 10...20кпа - слабое;

6. Для открытых складов с железобетонным  перекрытием: при избыточном давлении 200кПа - сильное.

Косвенное воздействие ударной  волны происходит за счет действия на людей, здания, сооружения и другие объекты обломков (зданий, сооружений, падающих деревьев и др.), появляющихся в результате действия прямой ударной  волны.

Для уменьшения поражающего действия ударной волны необходимо выполнять  требования строительных норм и при  строительстве не допускать отклонений от проекта в сторону ухудшения  прочностных характеристик для  удешевления строительства.

Под воздействием ударной волны  создаются очаги поражения, разрушения, размеры которых зависят от мощности и вида взрыва, рельефа местности (рис. 2)

Граница очага поражения на равнинной  местности условно ограничивается радиусом с избыточным давлением  во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см). [5]

Средства и способы защиты от ударных волн

Личный состав закрытых боевых постов (на примере корабля) защищен от воздействия  скоростного напора ударной волны  самой конструкцией корабля. При  нахождении на открытых боевых постах в целях ослабления воздействия  ударной волны личный состав должен лечь на палубу, укрываясь надо тройкой, башней или другой материальной частью.

В береговых условиях для защиты от ударной волны необходимо использовать окопы, рвы, траншеи и естественные укрытия, а при их отсутствии лечь на землю ногами к взрыву. При  таком положении площадь поверхности  тела, испытывающая прямой удар волны, уменьшается в несколько раз  и вследствие этого снижается  действие скоростного напора.

На параметры ударной волны  заметное влияние оказывают рельеф местности, лесные массивы и растительность. На скатах, обращенных к взрыву с  крутизной более 10°, давление увеличивается: чем круче скат, тем больше давление. На обратных скатах возвышенностей имеет  место обратное явление. В лощинах, траншеях и других сооружениях земляного  типа, расположенных перпендикулярно  к направлению распространения  ударной волны, метательное действие значительно меньше, чем на открытой местности. Давление в ударной волне  внутри лесного массива выше, а  метательное действие меньше, чем  на открытой местности. Это объясняется  сопротивлением деревьев воздушным  массам, движущимся с большой скоростью  за фронтом ударной волны.

Укрытие личного состава за холмами  и насыпями, в оврагах, выемках  и молодых лесах, использование  фортификационных сооружений, танков, БМП, БТР и других боевых машин  снижает степень его поражения  ударной волной. Так, личный состав в открытых траншеях поражается ударной  волной на расстояниях в 1,5 раза меньше, чем находящийся открыто на местности. Вооружение, техника и другие материальные средства от воздействия ударной  волны могут быть повреждены или  полностью разрушены. Поэтому для  их защиты необходимо использовать естественные неровности местности (холмы, складки  и т. п.) и укрытия.

Поражающее действие ударной волны  воздушного ядерного взрыва больше чем  наземного той же мощности, так  как при воздушном взрыве дополнительно  образуется отраженная волна, которая  на некотором удалении от взрыва сливается  с прямой волной и, соответственно, избыточное давление во фронте ударной  волны увеличивается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос №2. Оружие массового поражения. Ядерное оружие. Классификация, характеристика, мощность в тротиловом эквиваленте, основные поражающие факторы. Возможные зоны радиоактивного заражения. Очаг ядерного поражения. Защита от ядерного оружия .

 

 

Ядерное оружие – оружие массового поражения, взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые, например ядра изогона гелия. При термоядерных реакциях выделяется энергии в 5 раз больше, чем при реакциях деления (при одной и той же массе ядер).

Ядерное оружие включает различные  ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели (носители) и средства управления.

В зависимости от способа получения  ядерной энергии боеприпасы подразделяют на ядерные (на реакциях деления), термоядерные (на реакциях синтеза), комбинированные (в которых энергия получается по схеме «деление — синтез —  деление»). Мощность ядерных боеприпасов  измеряется тротиловым эквивалентом, т. с. массой взрывчатого вещества тротила, при взрыве которою выделяется такое  количество энергии, как при взрыве данного ядерного босирипаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах (кт), мегатоннах (Мт).

На реакциях деления конструируются боеприпасы мощностью до 100 кт, на реакциях синтеза — от 100 до 1000 кт (1 Мт). Комбинированные  боеприпасы могут быть мощностью  более 1 Мт. По мощности ядерные боеприпасы делят на сверхмалые (до 1 кг), малые (1 -10 кт), средние (10-100 кт) и сверхкрупные (более 1 Мт).

В зависимости от целей применения ядерного оружия ядерные взрывы могут  быть высотными (выше 10 км), воздушными (не выше 10 км), наземными (надводными), подземными (подводными).

 

Порожающие факторы ядерного взрыва

Основными поражающими факторами  ядерного взрыва являются: ударная  волна, световое излучение ядерного взрыва, проникающая радиация, радиоактивное  заражение местности и электромагнитный импульс.

 

Ударная волны.

 

Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.

Его источник — светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва и раскаленным воздухом. Световое излучение распространяется практически  мгновенно и длится, в зависимости  от мощности ядерного взрыва, до 20 с. Однако сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать ожоги кожи (кожных покровов), поражение (постоянное или временное) органов зрения людей  и возгорание горючих материалов объектов. В момент образования светящейся области температура на ее поверхности  достигает десятков тысяч градусов. Основным поражающим фактором светового  излучения является световой импульс.

Световой импульс — количество энергии в калориях, падающей на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению излучения, за все время  свечения.

Ослабление светового излучения  возможно вследствие экранирования  его атмосферной облачностью, неровностями местности, растительностью и местными предметами, снегопадом или дымом. Так, густой лее ослабляет световой импульс  в А-9 раз, редкий — в 2-4 раза, а  дымовые (аэрозольные) завесы — в 10 раз.

Для защиты населения от световою излучения необходимо использовать защитные сооружения, подвалы домов  и зданий, защитные свойства местности. Любая преграда, способная создать  тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает  ожоги.

Проникающая радиация — ноток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва. Время ее действия составляет 10-15 с, дальность — 2-3 км от центра взрыва.

При обычных ядерных взрывах  нейтроны составляют примерно 30 %, при  взрыве нейтронных боеприпасов — 70-80 % от у-излучения.

Поражающее действие проникающей  радиации основано на ионизации клеток (молекул) живого организма, приводящей к гибели. Нейтроны, кроме того, взаимодействуют  с ядрами атомов некоторых материалов и могут вызвать в металлах и технике наведенную активность.

Основным параметром, характеризующим  проникающую радиацию, является: для  у-излучений — доза и мощность дозы излучения, а для нейтронов  — поток и плотность потока.

Допустимые дозы облучения населения  в военное время: однократная  — в течение 4 суток 50 Р; многократная — в течение 10-30 суток 100 Р; в течение  квартала — 200 Р; в течение года — 300 Р.

В результате прохождения излучений  через материалы окружающей среды  уменьшается интенсивность излучения. Ослабляющее действие принято характеризовать  слоем половинного ослабления, т. с. такой толщиной материала, проходя  через которую радиация уменьшается  в 2 раза. Например, в 2 раза ослабляют  интенсивность у-лучей: сталь толщиной 2,8 см, бетон — 10 см, грунт — 14 см, дерево — 30 см.

В качестве защиты от проникающей  радиации используются защитные сооружения ГО, которые ослабляют ее воздействие от 200 до 5000 раз. Слой фунта в 1,5 м защищает от проникающей радиации практически полностью.

Радиоактивное загрязнение.

Радиоактивное загрязнение воздуха, местности, акватории и расположенных  на них объектов происходит в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва.

При температуре примерно 1700 °С свечение светящейся области ядерного взрыва прекращается и она превращается в темное облако, к которому поднимается  пылевой столб (поэтому облако имеет  грибовидную форму). Это облако движется по направлению ветра, и из него выпадают РВ.

Источниками РВ в облаке являются продукты деления ядерного горючего (урана, плутония), непрореагировавшая часть ядерного горючего и радиоактивные  изотопы, образующиеся в результате действия нейтронов на грунт (наведенная активность). Эти РВ, находясь на загрязненных объектах, распадаются, испуская ионизирующие излучения, которые фактически и  являются поражающим фактором.

Параметрами радиоактивного загрязнения  являются доза облучения (по воздействию  на людей) и мощность дозы излучения  — уровень радиации (по степени  загрязнения местности и различных  объектов). Эти параметры являются количественной характеристикой поражающих факторов: радиоактивного загрязнения  при аварии с выбросом РВ, а также  радиоактивною загрязнения и  проникающей радиации при ядерном  взрыве.

На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака.

По степени опасности зараженную местность по следу облака взрыва принято делить на четыре зоны (рис. 1):

Зона А — зона умеренного заражения. Характеризуется дозой излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны 40 рад и на внутренней — 400 рад. Площадь зоны А составляет 70-80 % площади всего следа.

Зона Б — зона сильного заражения. Дозы излучения на границах равны соответственно 400 рад и 1200 рад. Площадь зоны Б — примерно 10 % площади радиоактивною следа.

Зона В — зона опасного заражения. Характеризуется дозами излучения на границах 1200 рад и 4000 рад.

Зона Г — зона чрезвычайно опасного заражения. Дозы на границах 4000 рад и 7000 рад.

Рис. 1. Схема радиоактивного загрязнения  местности в районе ядерного взрыва и по следу движения облака

Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 час после взрыва составляет соответственно 8, 80, 240, 800 рад/ч.

Большая часть радиоактивных осадков, вызывающая радиоактивное заражение  местности, выпадает из облака за 10-20 ч  после ядерного взрыва.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.

Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных  линиях токи и напряжения, которые  могут приводить к повреждению  и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению  работающих с аппаратурой людей.

При наземном и воздушном взрывах  поражающее действие электромагнитного  импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.

Наиболее эффективной защитой  от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения  и управления, а также радио- и  электроаппаратуры.

Обстановка, складывающаяся при применении ядерного оружия в очагах поражения.

Очаг ядерного поражения — это  территория, в пределах которой в  результате применения ядерного оружия произошли массовые поражения и  гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения  зданий и сооружений, коммунально-энергетических и технологических сетей и  линий, транспортных коммуникаций и  других объектов.

Зоны очага ядерного взрыва.

Для определения характера возможных  разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно  делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Зона полных разрушений имеет па границе избыточное давление на фронте ударной волны 50 кПа и характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, разрушениями и повреждениями коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.

Зона сильных разрушений с избыточным давлением на фронте ударной волны от 30 до 50 кПа характеризуется: массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными и сильными разрушениями зданий и сооружений, повреждением коммунально- энергетических и технологических сетей и линий, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.

Зона средних разрушений с избыточным давлением от 20 до 30 кПа характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними и сильными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и очаговых завалов, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.

Зона слабых разрушений с избыточным давлением от 10 до 20 кПа характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Очаг поражения но количеству погибших и пораженных может быть соизмерим  или превосходить очаг поражения  при землетрясении. Так, при бомбежке (мощность бомбы до 20 кт) города Хиросима 6 августа 1945 г. его большая часть (60 %) была разрушена, а число погибших составило до 140 000 чел.

Персонал объектов экономики и  население, попадающие в зоны радиоактивного заражения, подвергаются воздействию  ионизирующих излучений, что вызывает лучевую болезнь. Тяжесть болезни  зависит от полученной дозы излучения (облучения). Зависимость степени  лучевой болезни от величины дозы излучения приведена в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость степени  лучевой болезни от величины дозы облучения

Степень лучевой болезни	Доза излучения, вызывающая заболевание, рад
	людей	животных
Легкая (I)	100-200	150-250
Средняя (II)	200-400	250-400
Тяжелая (III)	400-600	400-750
Крайне тяжелая (IV)	Более 600	Более 750

В условиях военных действий с применением  ядерного оружия в зонах радиоактивного заражения могут оказаться обширные территории, а облучение людей  — принять массовый характер. Для  исключения переоблучения персонала  объектов и населения в таких  условиях и для повышения устойчивости функционирования объектов народного  хозяйства в условиях радиоактивного заражения па военное время устанавливают  допустимые дозы облучения. Они составляют:

• при однократном облучении (до 4 суток) — 50 рад;
• многократном облучении: а) до 30 суток — 100 рад; б) 90 суток — 200 рад;
• систематическом облучении (в течение года) 300 рад.

Чрезвычайные ситуации, вызванные применением ядерного оружия, наиболее сложные. Для их ликвидации необходимы несоизмеримо большие силы и средства, чем при ликвидации ЧС мирного времени.