Поражающие факторы ядерного оружия. 3

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования 

«Российский государственный торгово-экономический  университет»

Пермский  институт (филиал) 

Кафедра «Гуманитарных дисциплин»

Контрольная работа

По дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» 
 

                                                    Работу выполнила

                                                    студентка гр. КЗ-22

                                                    Шарова Наталья

                                                    Сергеевна

                                                    Преподаватель:

                                                    канд. техн.наук, доцент

                                                    Демидов С. М.

                                                    Защищена с оценкой

                                                    …………………………

                                                    Дата…………………….

                                                    Подпись……………….. 
 

Пермь, 2011

Содержание:

1.  Поражающие факторы ядерного оружия и их краткая характеристика………3

2. Проникающая радиация. Определение, единицы измерения доз излучения.

    Средства и способы защиты. Коэффициент ослабления……………………….8

 Список использованной литературы……………………………………..………16

1. Поражающие факторы ядерного оружия и их краткая характеристика.

     Ядерным оружием называется оружие, поражающее действие которого основано на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при ядерном взрыве.

     Ядерное оружие основано на использовании внутриядерной  энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер изотопов урана-235, плутония-239 или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер-изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые.

     Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

1. ударная волна-50% энергии взрыва;
2. световое излучение-30-35% энергии взрыва;
3. проникающая радиация-8-10% энергии взрыва;
4. радиоактивное заражение-3-5% энергии взрыва;
5. электромагнитный импульс-0,5-1 % энергии взрыва.

     Ядерное оружие - это один из основных видов оружия массового поражения. Оно способно в короткое время вывести из строя большое количество людей и животных, разрушить здания и сооружения на обширных территориях. Массовое применение ядерного оружия чревато катастрофическими последствиями для всего человечества, поэтому Российская Федерация настойчиво и неуклонно ведет борьбу за его запрещение.

     Население должно твердо знать, и умело применять приемы защиты от оружия массового поражения, в противном случае неизбежны огромные потери. Всем известны ужасные последствия атомных бомбардировок в августе 1945 года японских городов Хиросима и Нагасаки – десятки тысяч погибших, сотни тысяч пострадавших. Если бы население этих городов знало средства и способы защиты от ядерного оружия, было бы оповещено об опасности и укрылось в убежище, количество жертв могло быть значительно меньше.

     Поражающее  действие ядерного оружия основано на энергии, выделяющейся при ядерных реакциях взрывного типа. К ядерному оружию относятся ядерные боеприпасы. Основу ядерного боеприпаса составляет ядерный заряд, мощность поражающего взрыва которого принято выражать тротиловым эквивалентом, т. е. количеством обычного взрывчатого вещества, при взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько ее выделится при взрыве данного ядерного боеприпаса. Ее измеряют в десятках, сотнях, тысячах (кило) и миллионах (мега) тонн.

     Средствами  доставки ядерных боеприпасов к целям являются ракеты (основное средство нанесения ядерных ударов), авиация и артиллерия. Кроме того, могут применяться ядерные фугасы.

     Ядерные взрывы осуществляются в воздухе  на различной высоте, у поверхности  земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим их принято разделять на высотные, воздушные, наземные (надводные) и подземные (подводные). Точка, в которой произошел взрыв, называется центром, а ее проекция на поверхность земли (воды) – эпицентром ядерного взрыва.

     Поражающими факторами ядерного взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс.

     Ударная волна – основной поражающий фактор ядерного взрыва, так как большинство разрушений и повреждений сооружений, зданий, а также поражения людей обусловлены, как правило, ее воздействием. Источник ее возникновения – сильное давление, образующееся в центре взрыва и достигающее в первые мгновения и миллиардов атмосфер. Образовавшаяся при взрыве область сильного сжатия окружающих слоев воздуха, расширяясь, передает давление соседним слоям воздуха, сжимая и нагревая их, а те, в свою очередь, воздействуют на следующие слои. В результате в воздухе со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва распространяется зона высокого давления. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны.

     Степень поражения ударной волной различных  объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на ней.

     Поражающее  действие ударной волны характеризуется  величиной избыточного давления. Избыточное давление – это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед фронтом волны. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/метр в квадрате). Эта единица давления называется Паскалем (Па). 1 Н /метр квадратный = 1 Па (1кПа * 0,01 кгс/см квадратный).

     При избыточном давлении 20 - 40 кПА незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40 - 60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, кровотечение из носа и ушей. Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, переломами конечностей, поражением внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении 100 кПа.

     Скорость  движения и расстояние на которое  распространяется ударная волна, зависят  от мощности ядерного взрыва; с увеличением  расстояния от места взрыва скорость быстро падает. Так, при взрыве боеприпаса мощностью 20 кт ударная волна проходит 1 км за 2 с., 2 км за 5 с., 3 км за 8 с.. За это время человек после вспышки может укрыться и тем самым избежать поражения ударной волной.

     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.

     Световое  излучение не проникает через  непрозрачные материалы, поэтому любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги. Значительно ослабляется световое излучение в запыленном (задымленном) воздухе, в туман, дождь, снегопад.

     Проникающая радиация – это поток гамма лучей и нейтронов. Она длится 10-15 с. Проходя через живую ткань, гамма – излучение ионизирует молекулы, входящие в состав клеток. Под влиянием ионизации в организме возникают биологические процессы, приводящие к нарушению жизненных функций отдельных органов и развитию лучевой болезни.

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

     Открытые  и особенно перекрытые щели уменьшают  воздействие проникающей радиации, а убежища и противорадиационные укрытия практически полностью защищают от нее.

     Основными источниками радиоактивного заражения являются продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы, из которых изготовлен ядерный боеприпас, и на некоторые элементы, входящие в состав грунта в районе взрыва.

     При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается земли. Внутрь ее затягиваются массы испаряющегося грунта, которые  поднимаются вверх. Охлаждаясь, пары продуктов деления и грунта конденсируются на твердых частицах. Образуется радиоактивное облако. Оно поднимается на многокилометровую высоту, а затем со скоростью 25-100 км/ч движется по ветру. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения (след), длина которой может достигать нескольких сот километров. При этом заражаются местность, здания, сооружения, посевы, водоемы и т. п., а также воздух.

     Наибольшую  опасность радиоактивные вещества представляют в первые часы после выпадения, так как их активность в этот период наивысшая.

     Электромагнитный  импульс – это электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия гамма – излучения ядерного взрыва на атомы окружающей среды и образования в этой среде потока электронов и положительных ионов. Он может вызывать повреждение радиоэлектронной аппаратуры, нарушение работы радио – и радиоэлектронных средств.

     Наиболее  надежным средством защиты от всех поражающих факторов ядерного взрыва являются защитные сооружения. В поле следует укрываться за прочными местными предметами, обратными скатами высот, в складках местности.

     При действиях в зонах заражения  для защиты органов дыхания, глаз и открытых участков тела от радиоактивных  веществ используются средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, противопыльные тканевые маски и ватно-марлевые повязки), а также средства защиты кожи.

     Основу  нейтронных боеприпасов составляют термоядерные заряды, в которых используются ядерные реакции деления и синтеза. Взрыв такого боеприпаса оказывает поражающее воздействие, прежде всего на людей, за счет мощного потока проникающей радиации.

     При взрыве нейтронного боеприпаса площадь  зоны поражения проникающей радиацией  превосходит площадь зоны поражения  ударной волной в несколько раз. В этой зоне техника и сооружения могут оставаться невредимыми, а люди получат смертельные поражения.

2. Проникающая радиация. Определение, единицы  измерения доз  излучения. Средства и способы защиты. Коэффициент ослабления.

     Проникающая радиация - это один из поражающих факторов ядерного оружия, представляющий собой гамма-излучение и поток нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны ядерного взрыва. Кроме гамма-излучения и потока нейтронов выделяются ионизирующие излучения в виде альфа- и бета-частиц, имеющих малую длину свободного пробега, вследствие чего их воздействием на людей и материалы пренебрегают.

     Время действия проникающей радиации не превышает 10—15 с с. момента взрыва.

     Основные  параметры, характеризующие ионизирующие излучения,— доза и мощность дозы излучения, поток и плотность потока частиц. Ионизирующая способность гамма-лучей характеризуется экспозиционной дозой излучения. Единицей экспозиционной дозы гамма-излучения является кулон на килограмм (Кл/кг). Согласно стандарту, кулон на килограмм — экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака. В практике в качестве единицы экспозиционной дозы применяют несистемную единицу рентген (Р). Рентген — это такая доза (количество энергии) гамма-излучения, при поглощении которой в 1 см3 сухого воздуха (при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.) образуется 2,083 миллиарда пар ионов, 1 Р/с=2,58-10-4 А/кг; 1 А/кг=3876 Р/с или 1 А/кг»3900 Р/с= =14-10е Р/ч; 1 Р/ч=7,167-Ю”8 А/кг. Процесс ионизации атомов нейтронами отличен от процесса ионизации гамма-лучами. Поток нейтронов измеряется числом нейтронов, приходящихся на квадратный метр поверхности,— нейтрон /м2. Плотность потока – нейтрон/(м2хс).

     Степень тяжести лучевого поражения главным  образом зависит от поглощенной  дозы. Для измерения поглощенной  дозы любого вида ионизирующего излучения  Международной системой измерений  «СИ» установлена единица грэй (Гр); в практике применяется внесистемная единица — рад. Грэй равен поглощенной дозе излучения, соответствующей энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облучаемому веществу массой 1 кг. Для типичного ядерного взрыва один рад соответствует потоку нейтронов (с энергией, превышающей 200 эВ) порядка 5-Ю14 нейтрон /м2 [5]: 1 Гр=1 Дж/кг=100 рад =10000 эрг/г.

     Распространяясь в среде, гамма-излучение и нейтроны ионизируют ее атомы и изменяют физическую структуру веществ. При ионизации атомы и молекулы клеток живой ткани за счет нарушения химических связей и распада жизненно важных веществ погибают или теряют способность к дальнейшей жизнедеятельности. При воздействии проникающей радиации у людей и животных может возникнуть лучевая болезнь. Степень поражения зависит от экспозиционной дозы излучения, времени, в течение которого эта доза получена, площади облучения тела, общего состояния организма. Экспозиционная доза излучения до 50—80 Р (0,013—0,02 Кл/кг), полученная за первые четверо суток, не вызывает поражения и потери трудоспособности у людей, за исключением некоторых изменений крови.

     Экспозиционная  доза в 200—300 Р, полученная за короткий промежуток времени (до четырех суток), может вызвать у людей средние радиационные поражения, но такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не вызывает заболевания. Здоровый организм человека способен за это время частично вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении. При установлении допустимых доз излучения учитывают, что облучение может быть однократным или многократным. Однократным считается облучение, полученное за первые четверо суток. Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, является многократным. При однократном облучении организма человека в зависимости от полученной экспозиционной дозы различают четыре степени лучевой болезни.

     Лучевая болезнь первой (легкой) степени  возникает при общей экспозиционной дозе излучения 100—200 Р (0,026—0,05 Кл/кг). Скрытый  период может продолжаться две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, чувство тяжести в голове, стеснение в груди, повышение потливости, может наблюдаться периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание лейкоцитов. Лучевая болезнь первой степени излечима.

     Лучевая болезнь второй (средней) степени  возникает при общей экспозиционной дозе излучения 200—400 Р (0,05—0,1 Кл/кг). Скрытый  период длится около недели. Лучевая  болезнь проявляется в более  тяжелом недомогании, расстройстве функций нервной системы, головных болях, головокружениях, вначале часто бывает рвота, понос, возможно повышение температуры тела; количество лейкоцитов в крови, особенно лимфоцитов, уменьшается более чем наполовину.

     При активном лечении выздоровление  наступает через 1,5—2 мес. Возможны смертельные исходы—до 20 %.

     Лучевая болезнь третьей (тяжелой) степени  возникает при общей экспозиционной дозе 400—600 Р (0,1—0,15 Кл/кг). Скрытый период — до нескольких часов. Отмечают тяжелое  общее состояние, сильные головные боли, рвоту, понос с кровянистым стулом, иногда потерю сознания или резкое возбуждение, кровоизлияния в слизистые оболочки и кожу, некроз слизистых оболочек в области десен. Количество лейкоцитов, а затем эритроцитов и тромбоцитов резко уменьшается. Ввиду ослабления защитных сил организма появляются различные инфекционные осложнения. Без лечения болезнь в 20—70 % случаев заканчивается смертью, чаще от инфекционных осложнений или от кровотечений.

     При облучении экспозиционной дозой  более 600 Р (0,15 Кл/кг) развивается крайне тяжелая четвертая степень лучевой болезни, которая без лечения обычно заканчивается смертью в течение двух недель.

     При взрывах ядерных боеприпасов  средней и большой мощности зоны поражения проникающей радиации несколько меньше зон поражения  ударной волной и световым излучением. Для боеприпасов малой мощности, наоборот, зоны поражения проникающей радиации превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.

     Радиационные  повреждения. При воздушных (приземных) и наземных ядерных взрывах плотности потоков (дозы) проникающей радиации на тех расстояниях, где ударная волна выводит из строя здания, сооружения, оборудование и другие элементы производства, в большинстве случаев для объектов являются безопасными. Но с увеличением высоты взрыва все большее значение в поражении объектов приобретает проникающая радиация. При взрывах на больших высотах и в космосе основным поражающим фактором становится импульс проникающей радиации.

     Проникающая радиация может вызывать обратимые  и необратимые изменения в материалах, элементах радиотехнической, электротехнической, оптической и другой аппаратуры. В космическом пространстве эти повреждения могут наблюдаться на расстояниях десятков и сотен километров от центра взрывов мегатонных боеприпасов.

     Необратимые изменения в материалах вызываются нарушениями структуры кристаллической решетки вещества вследствие возникновения дефектов (в неорганических и полупроводниковых материалах), а также в результате прохождения различных физико-химических процессов. Такими процессами вляются: радиационный нагрев, происходящий вследствие преобразования поглощенной энергии проникающей радиации в тепловую; окислительные химические реакции, приводящие к окислению контактов и поверхностей электродов; деструкция и «сшивание» молекул в полимерных материалах, приводящие к изменению физико-механических и электрических параметров; газовыделения и образование пылеобразных продуктов, которые могут вызвать вторичные факторы воздействия (взрывы в замкнутых объемах, запыление отдельных деталей приборов и т. д.). Обратимые изменения, как правило, являются следствием ионизации материалов и окружающей среды. Они проявляются в увеличении концентрации носителей тока, что приводит к возрастанию утечки тока, снижению сопротивления в изоляционных, полупроводниковых, проводящих материалах и газовых промежутках. Обратимые изменения в материалах, элементах и аппаратуре в целом могут возникать при мощностях экспозиционных доз 1000 Р/с. Проводимость воздушных промежутков и диэлектрических материалов начинает существенно увеличиваться при мощностях доз 10 000 Р/с и более. Проникающая радиация, проходя через различные среды (материалы), ослабляется. Степень ослабления зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя. Нейтроны ослабляются в основном за счет столкновения с ядрами атомов. Вероятность процессов взаимодействия нейтронов с ядрами количественно характеризуется эффективным сечением взаимодействия и зависит главным образом от энергии нейтронов и природы ядер мишени. Энергия гамма-квантов при прохождении их через вещества расходуется в основном на взаимодействие с электронами атомов. Поэтому степень их ослабления практически обратно пропорциональна плотности материала. Защитные свойства материала характеризуются слоем половинного ослабления, при прохождении которого интенсивность гамма-лучей или нейтронов уменьшается в два раза. Если защитная преграда состоит из нескольких слоев различных материалов, например грунта, бетона и дерева, то подсчитывают степень ослабления для каждого слоя в отдельности и результаты перемножают.

     Защитные  сооружения надежно обеспечивают защиту людей от проникающей радиации. Расчет защитных свойств этих сооружений производится по гамма-излучению, так как доза гамма-излучения значительно выше дозы нейтронного излучения, а слои половинного ослабления для строительных материалов приблизительно одинаковы. На объектах, оснащенных электронной, электротехнической и оптической аппаратурой, следует предусматривать меры по защите этой аппаратуры от воздействия проникающей радиации. Повышение радиационной стойкости аппаратуры может быть достигнуто путем:

• применения радиационностойких материалов и элементов;
• создания схем малокритичных к изменениям электрических параметров элементов, компенсирующих и отводящих дополнительные токи, выключающих отдельные блоки и элементы на период воздействия ионизирующих излучений;
• увеличения расстояний между элементами, находящимися под электрической нагрузкой, снижения рабочих напряжений на них;
• регулирования тепловых, электрических и других нагрузок;
• применения различного рода заливок, не проводящих ток при облучении;
• размещения на объектах специальных защитных экранов или использования элементов конструкций объекта для ослабления действий ионизирующих излучений на менее радиационно-стойкие детали.

     Закон ослабления интенсивности рентгеновских лучей в веществе может быть получен при предположении, что доля энергии рентгеновских лучей, поглощенной при их прохождении через достаточно тонкий слой вещества, пропорциональна толщине этого слоя. Коэффициентом пропорциональности при этом является так называемый коэффициент ослабления , зависящий от атомного номера вещества Z и длины волны излучения l .

     Для вывода закона ослабления представим, что пучок монохроматического излучения  с длиной волны l и интенсивностью I_о проходит через пластинку толщиной d. Выделим внутри пластинки достаточно тонкий слой толщины dx, в котором ослабление можно было бы считать пропорциональным толщине этого слоя. Тогда относительное ослабление интенсивности лучей в выделенном слое определится уравнением

     dI /I = –m dx (1)

     где I - интенсивность лучей на границе выделенного слоя. Знак минус в правой части уравнения указывает на то, что интенсивность лучей, прошедших через слой вещества dх, убывает. Интегрируя уравнение (1), получаем:

     ln I = –m x + C (2).

     Определим постоянную интегрирования: при х = 0 I = I_о, отсюда 1nI_о = С. Тогда 1nI – 1nI_о = –m x. Итак, окончательно

     I = I_о exp (–m x) (3).

     Коэффициент m называют линейным коэффициентом ослабления. Его величина зависит от атомного номера поглощающего вещества и длины волны рентгеновского излучения. Из формулы (3) можно определить размерность линейного коэффициента ослабления [m ] = L^-1.Из этой же формулы следует физический смысл m : линейный коэффициент ослабления характеризует относительное уменьшение интенсивности луча при прохождении слоя поглотителя единичной толщины.

     Рассмотрим  пучок рентгеновских лучей сечением 1 см². Энергия такого пучка численно равна интенсивности I. Найдем ослабление пучка сечением в 1 см² при прохождении массы вещества в 1 г. Если r - плотность вещества, то на пути dх находится масса dm = r dx.Относительное изменение интенсивности пучка при прохождении пути dх, т. е. через массу dm, будет пропорционально этой массе:

     dI / I = - m _mdm = m _mr  dx (4),

     где коэффициент пропорциональности m _m называется массовым коэффициентом ослабления. Сравнивая это выражение с выражением (1), находим, что m _m = m /r . Размерность массового коэффициента ослабления в этом случае [m _m]= см²•г^-1.

     Массовый  коэффициент ослабления характеризует  уменьшение интенсивности рентгеновских лучей в единице массы вещества, а произведение r dx представляет собой поверхностную плотность вещества. Использование величины поверхностной плотности при проведении эксперимента позволяет исключить существенную погрешность, возникающую при измерении толщины тонких поглотителей. В случае необходимости линейный коэффициент ослабления находится умножением m _m на экспериментально найденную величину плотности вещества при температуре опыта.

     Введение  массовых коэффициентов оказывается удобным, т.к. характерной особенностью их является независимость от агрегатного состояния вещества. Так, например, m _m имеет одинаковое значение для воды, водяного пара и льда. Кроме того, отпадает необходимость в определении коэффициентов ослабления для всего множества различных веществ. Это возможно потому, что поглощение и рассеяние осуществляется в основном внутренними электронами атомов, состояние которых не зависит от того, в состав какого вещества входит атом того или иного элемента. По этой причине в справочных таблицах обычно приводятся значения массовых коэффициентов ослабления m _m для атомов различных элементов и для различных длин волн рентгеновских лучей.