揭開核武器神秘面紗：核爆炸的防護
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2019-03-03 17:46
核爆炸有(yǒu)五種殺傷破壞因素，即沖擊波、光輻射（也稱熱輻射）、瞬時核輻射、剩餘核輻射（也稱放射性沾染）和核電(diàn)磁脈沖。有(yǒu)人還提出第六種破壞因素，是指大規模核戰争的結果會嚴重影響氣候和環境的變化，科(kē)學(xué)家稱為(wèi)“核冬天”效應。因為(wèi)大量熱能(néng)吸起的微塵和引起的大火濃煙，會長(cháng)期遮蔽陽光，地球好象籠罩在寒冬之中(zhōng)，使農業減産(chǎn)，動植物(wù)和人類面臨生存威脅。五種殺傷破壞因素中(zhōng)主要的是沖擊波和光輻射，它們各占核爆炸能(néng)量的比例，随武器的性質(zhì)和爆炸的高度而稍有(yǒu)差異。
原子彈爆炸所釋放的能(néng)量中(zhōng)，約有(yǒu)三分(fēn)之一是以光輻射的形式放出來。這和普通炸彈很(hěn)不相同。普通炸彈爆炸時，釋放的能(néng)量不大，爆炸區(qū)的溫度隻有(yǒu)幾千度，而且灼熱的氣體(tǐ)的體(tǐ)積也很(hěn)小(xiǎo)，雖然也有(yǒu)很(hěn)短時間（約千分(fēn)之一秒(miǎo)）的光輻射，但實際上可(kě)以忽略。而在原子彈爆炸的情況下，由于以光輻射的形式發射的能(néng)量很(hěn)大，以緻光輻射成為(wèi)原子彈的主要毀壞因素和殺傷因素之一。
一般原子彈空爆爆炸能(néng)量分(fēn)配圖
當原子彈在空中(zhōng)爆炸後，除了爆炸産(chǎn)物(wù)外，周圍的空氣也因受熱使溫度升高達幾十萬度，在這樣的超高溫影響下，發生了一系列極其複雜的物(wù)理(lǐ)過程。其結果是，在很(hěn)短的時間内（約百分(fēn)之幾至十分(fēn)之幾秒(miǎo)）形成一個直徑約100米的大火球，這時火球表面的溫度比太陽表面的溫度還高（太陽表面溫度約6000度），從火球表面輻射的光和熱，就是我們所說的光輻射。光輻射以光的速度向四周傳播，立刻就到達了很(hěn)遠(yuǎn)的地方。大部分(fēn)的光輻射在爆炸後三秒(miǎo)鍾以内發射出去，約過了十幾秒(miǎo)鍾光景，由于火球溫度降低，光輻射就差不多(duō)不起作(zuò)用(yòng)了。
光輻射的殺傷破壞主要取決于光沖量的大小(xiǎo)。它的主要作(zuò)用(yòng)是着火燃燒，對人員的不同燒傷等級的參考距離見下圖。
不同當量光輻射傷害劑量等級範圍
燒傷分(fēn)三度四等：
一度隻傷表皮；二度傷及整個表皮及真皮層；三度傷及皮膚全層以至皮下組織。
一等為(wèi)輕度燒傷–––二度燒傷面積10％以下；二等為(wèi)中(zhōng)度燒傷–––二度燒傷面積10～20％，或三度燒傷面積在5％以下；三等為(wèi)重度燒傷–––二度燒傷面積20～50％，或三度燒傷面積在5～30％之間；四等為(wèi)極重度燒傷–––二度燒傷面積在50％以上，或三度燒傷面積在30％以上。
光輻射在對人員的燒傷範圍内都可(kě)能(néng)引起房屋、莊稼着火燃燒，從而加重破壞效應。
人眼最容易受光輻射傷害，即便是1萬噸TNT當量的核爆炸，視網膜不受損傷的安(ān)全距離大于50公(gōng)裏，閃光盲安(ān)全距離大于100公(gōng)裏。
防光輻射的主要措施是披遮白色反光物(wù)。碉堡、地下工(gōng)事當然不怕燃燒。人的眼睛最怕光輻射，暴露的人首先是閉眼，其他(tā)燒傷比較容易治療。
核爆炸時間極短，隻有(yǒu)百萬分(fēn)之幾秒(miǎo)，而釋放出來的能(néng)量巨大，這就使得爆炸中(zhōng)心的溫度上升達幾百萬甚至幾千萬度，整個原子彈變成了蒸汽；爆炸中(zhōng)心的最大壓強也高達十幾億甚至數百億大氣壓。這樣高的溫度和壓強下的蒸汽，迅速地向四周膨脹，強烈地壓縮周圍的空氣層而形成沖擊波。沖擊波以超音速從爆炸中(zhōng)心向四周擴散，壓力随距離而很(hěn)快下降。下圖是核爆沖擊波随距離衰減對人員造成不同等級傷害的半徑及超壓值。
不同當量沖擊波超壓傷害等級範圍
沖擊波摧毀房屋、建築和工(gōng)程設施，可(kě)以抛出人體(tǐ)、損傷器官而造成傷亡。對人員的沖擊傷害分(fēn)成四個等級：
一等為(wèi)輕度沖擊傷：器官一般損傷，體(tǐ)表擦傷，内髒斑點狀出血等。
二等為(wèi)中(zhōng)度沖擊傷：器官嚴重損傷，大片軟組織挫傷，内髒斑塊狀出血，單純性肋骨骨折，腦震蕩等。
三等為(wèi)重度沖擊傷：内髒破裂，骨折，較明顯的肺出血，肺水腫等。
四等為(wèi)極重度沖擊傷：同時發生多(duō)處嚴重損傷，包括嚴重的胪腦、脊髓損傷，胸、腹腔破裂，内髒擠壓傷，以緻肢體(tǐ)離散等。
對建築物(wù)破壞：超壓大于0.2大氣壓時，中(zhōng)等程度破壞，如主要承重結構出現嚴重裂縫，甚至倒塌。
對裝(zhuāng)甲的破壞：裝(zhuāng)甲車(chē)輛一般在沖擊波動壓0.1大氣壓、超壓達0.5大氣壓以上時，外部裝(zhuāng)備會遭到破壞。爆炸當量大，作(zuò)用(yòng)時間長(cháng)，需要的動壓值小(xiǎo)。如在1800米高空250萬噸TNT當量核爆炸時，距爆心投影點1～1.8公(gōng)裏的坦克，在2～2.7個大氣壓的動壓下操作(zuò)機構均遭到損壞。而在1.2萬噸TNT當量的觸地核爆炸時，距爆心300米處的坦克，在3.9個大氣壓的動壓下，操作(zuò)機構才遭到破壞。
防沖擊波的主要辦(bàn)法是修築工(gōng)事。大概說來，距離爆炸0.2公(gōng)裏的地方，磚瓦建築會受到相當大的破壞，而鋼筋混凝土築成的防空掩蔽部即使離爆炸零點很(hěn)近，也不緻受破壞。爆心近區(qū)作(zuò)業，在地下碉堡裏就安(ān)全無恙。兩公(gōng)裏以外的樓房對一般原子彈爆炸也是比較安(ān)全的。人防工(gōng)事都可(kě)以防沖擊波。
瞬時核輻射指的是核爆炸後一分(fēn)鍾内釋放的核輻射，也稱早期核輻射。在釋放的許多(duō)種輻射中(zhōng)隻有(yǒu)中(zhōng)子和g射線(xiàn)才具(jù)有(yǒu)重要的毀傷意義。瞬時核輻射占總能(néng)量的5%。但能(néng)量高，不帶電(diàn)，貫穿力強，故又(yòu)稱貫穿輻射。中(zhōng)子輻射組分(fēn)是在核爆炸發生的最初幾微秒(miǎo)中(zhōng)由彈頭裂變和聚變過程産(chǎn)生的中(zhōng)子。g輻射主要來自裂變反應和裂變産(chǎn)物(wù)的衰變。一分(fēn)鍾以後火球遠(yuǎn)離地面，這時由于空氣的屏蔽将使直接從火球發射出的g輻射對地面目标不會産(chǎn)生毀傷效應。
瞬時核輻射是核爆瞬時放出的中(zhōng)子、g射線(xiàn)。它對建築物(wù)不起破壞作(zuò)用(yòng)，但對人畜和電(diàn)子系統有(yǒu)明顯的殺傷作(zuò)用(yòng)。它可(kě)引起人畜感生放射性病，也可(kě)使電(diàn)子系統緻盲或失靈。
早期核輻射的殺傷作(zuò)用(yòng)
瞬時核輻射對人員的傷害程度，取決于人員受照射的吸收劑量，也與受照射的者的健康狀況有(yǒu)關。吸收劑量的單位為(wèi)戈瑞，射線(xiàn)在1公(gōng)斤物(wù)質(zhì)中(zhōng)産(chǎn)生1焦耳電(diàn)離能(néng)的劑量為(wèi)1戈瑞。短期内受到照射超過1戈瑞後才能(néng)發生急性放射病。急性放射病分(fēn)為(wèi)輕度、中(zhōng)度、重度和極重度四級，其吸收劑量範圍和效果如下：
急性放射病等級及效果
不同當量瞬時照射發生急性放射病的範圍不同，圖2.25給出2萬噸和50萬噸核爆炸當量瞬時照射各等級急性放射病的範圍。
戰時軍用(yòng)允許照射劑量的水平還要低。在24小(xiǎo)時内無害照射應在0.05戈瑞以下，中(zhōng)等照射不超過0.2戈瑞，急性照射不得超過0.5戈瑞。
對核爆瞬時輻射的防護，主要是采取“擋”的辦(bàn)法。屏蔽g主要是加大屏蔽物(wù)的質(zhì)量，屏蔽中(zhōng)子主要考慮低原子序數的物(wù)質(zhì)和捕獲中(zhōng)子能(néng)力很(hěn)強的物(wù)質(zhì)，如镉和硼。防中(zhōng)子有(yǒu)半米厚的混凝土就夠了；5厘米厚的鋼鐵可(kě)使中(zhōng)子劑量降低一半。防g最好是鉛磚；最方便是土層，10厘米的土層可(kě)使g劑量減半。在三層樓房的地下室裏，對中(zhōng)子、g都是安(ān)全的。
核爆炸瞬時照射急性放射病劑量範圍
剩餘核輻射主要是降落下來的裂變碎片，其次是早期核輻射的中(zhōng)子、g射入地表物(wù)質(zhì)裏感生的放射性粒子。所以又(yòu)稱放射性沾染。它約占核爆總能(néng)量的10%。沾染粒子可(kě)滲入幾厘米的土層，難于清除，散布範圍廣，而且有(yǒu)的壽命很(hěn)長(cháng)。這些放射性粒子的半衰期可(kě)從幾分(fēn)之一秒(miǎo)到幾百萬年不等。但短半衰期的最多(duō)，所以沾染區(qū)劑量下降很(hěn)快。主要放出b和g射線(xiàn)。b射線(xiàn)用(yòng)一般木(mù)闆都可(kě)擋住，g則要用(yòng)含鉛物(wù)質(zhì)。放射性沾染危險性雖不大，但很(hěn)讨厭。要通過放射性沾染地段必須穿防護服。
下圖是1萬噸TNT當量核爆炸後1小(xiǎo)時的放射性沾染區(qū)放射性射線(xiàn)照射量的強度分(fēn)布圖。
原子爆炸放射性沾染照射量強度分(fēn)布
圖中(zhōng)“倫”（即倫琴）是射線(xiàn)照射量的單位。射線(xiàn)穿過1立方厘米空氣産(chǎn)生電(diàn)離的離子電(diàn)量為(wèi)1靜電(diàn)單位時的照射量，稱為(wèi)1倫琴。照射量指的是光子，其概念涉及到離子對的産(chǎn)生。前面講的吸收劑量的單位是戈瑞，它的概念着眼于物(wù)質(zhì)所接受的能(néng)量，适用(yòng)于任何可(kě)以産(chǎn)生電(diàn)離的輻射。各種物(wù)質(zhì)吸收能(néng)量的本領不同，且與射線(xiàn)能(néng)量的高低有(yǒu)關。對人體(tǐ)組織來說，當射線(xiàn)能(néng)量大于0.15MeV小(xiǎo)于1.5MeV時，1戈瑞相當于100倫。個人吸收劑量的戰時标準是，軍人全身照射每次小(xiǎo)于0.5戈瑞。由此換算，則軍人全身照射每次小(xiǎo)于50倫。如果通過200米的放射性沾染區(qū)，需要15分(fēn)鍾，這個沾染區(qū)劑量率小(xiǎo)于200倫/時，就可(kě)以通過。按圖2.26中(zhōng)的射線(xiàn)照射量強度分(fēn)布，繞爆心200米以外通過是完全可(kě)以的。
核爆電(diàn)磁脈沖能(néng)量很(hěn)小(xiǎo)，一般原子彈爆炸約占總能(néng)量的千分(fēn)之一，可(kě)說沒什麽影響。但在高空爆炸時，其作(zuò)用(yòng)會對電(diàn)子學(xué)系統造成破壞和幹擾。
若是純聚變武器，所謂幹淨氫彈，則很(hěn)少或沒有(yǒu)剩餘輻射。其早期核輻射的比例不變，沖擊波和光輻射的比例增加到95%。它的四種殺傷破壞因素均在爆後幾秒(miǎo)至幾十秒(miǎo)内起作(zuò)用(yòng)，所以這四種因素稱為(wèi)瞬時殺傷破壞因素。盡管殺傷破壞半徑與當量有(yǒu)關，但最嚴重的也不會超過一、二十公(gōng)裏。
一般2萬噸TNT當量的原子彈采取空中(zhōng)爆炸方式，零後千萬分(fēn)之一秒(miǎo)即發射g和中(zhōng)子；百萬分(fēn)之一秒(miǎo)彈體(tǐ)燃燒升溫到百萬度，形成X射線(xiàn)火球，繼續發射g和中(zhōng)子。零後約2秒(miǎo)，火球熄滅，沖擊波傳到1公(gōng)裏以外；零後約10秒(miǎo)，早期核輻射結束；10秒(miǎo)鍾後沖擊波傳到4公(gōng)裏以外；零後約7分(fēn)鍾，煙雲達到穩定高度。核爆炸的毀傷效應發展很(hěn)快。
認識了核爆炸殺傷破壞因素的規律，人們就可(kě)采取有(yǒu)效防護措施，減輕它的破壞程度。例如，利用(yòng)地下建築、民(mín)防工(gōng)事，以及地形、地物(wù)等，都可(kě)起到較好的防護效果。
俄國(guó)原子能(néng)部1998年出版的《蘇聯核試驗》(中(zhōng)譯本）一書，介紹了美軍和蘇軍在核試驗條件下進行軍事演習的情況。蘇軍1954年9月4日在核爆條件下進行了一次軍事演習。原子彈爆炸威力4萬噸，加強型戰壕和用(yòng)石灰粉刷過的壕溝全都完好無損。在1.8公(gōng)裏以外停放的飛機和載重汽車(chē)均沒有(yǒu)受到損壞。放在爆心地面的小(xiǎo)狗、綿羊等動物(wù)全被燒焦，掩蔽部内的所有(yǒu)動物(wù)仍然活着。2公(gōng)裏以外的各種動物(wù)，安(ān)全無恙，核爆似乎對它們不起作(zuò)用(yòng)。5公(gōng)裏以外的所有(yǒu)村莊保持完好。蘇聯這次演習非同一般，由國(guó)防部部長(cháng)朱可(kě)夫元帥親自指揮，邀請中(zhōng)國(guó)朱德(dé)元帥參加觀摩，有(yǒu)各軍兵種45000人參加演習，使他(tā)們學(xué)習了解了龐大的科(kē)研任務(wù)、戰鬥任務(wù)和教學(xué)課程。這是蘇聯破天荒的第一次，也是唯一的一次。美國(guó)這種演習進行過8次以上。1946年的“十字街(jiē)行動”，在比基尼島演習兩次，核爆2.3萬噸，有(yǒu)42000軍人參加。1951年至1957年的“沙漠岩石行動”，在内華達試驗場的核試驗中(zhōng)，舉行了8個階段的軍事訓練，總共有(yǒu)55000多(duō)名(míng)軍人參加。1956年美國(guó)空軍的“紅翼”行動，在核試驗爆炸煙雲的輻射環境中(zhōng)，進行了多(duō)次穿梭飛行演練。這些軍事演習說明核爆炸是可(kě)以防護的，單靠核武器是不能(néng)最後取得戰争的勝利的。
日本的廣島和長(cháng)崎，在毫無防護的條件下，遭到了毀滅性破壞，這是可(kě)以想象的。可(kě)是也并不像某些宣傳說的那樣，寸草(cǎo)不生，永無人煙，成為(wèi)人類的禁區(qū)。事實上日本人民(mín)并沒有(yǒu)被原子彈吓倒，他(tā)們在核廢墟的基礎上，消除污染，治療疾病，重建家園。今天的長(cháng)崎、廣島，依然是風景秀麗，生機昂然，一片欣欣向榮的景象。
《蘇聯核試驗》書中(zhōng)的統計，至1996年簽訂《全面禁止核試驗條約》為(wèi)止，全球曆經了2049次核試驗（見表2.3），爆炸了2398個核裝(zhuāng)置。其中(zhōng)美國(guó)核爆炸總威力共計一億九千三百萬噸（大氣層中(zhōng)15465萬噸，地下3835萬噸）；蘇聯核爆炸總威力共計二億八千五百四十萬噸（大氣層中(zhōng)24720萬噸，地下3820萬噸）。蘇聯核爆炸總當量約是美國(guó)的1.5倍。
兩國(guó)超級大國(guó)核爆炸總當量之和，相當于四億七千八百四十萬噸TNT炸藥，是長(cháng)崎與廣島上空核爆炸威力的一萬三千多(duō)倍。這個數字太吓人了！但是這樣多(duō)的地下和空中(zhōng)核試驗，總算未把地球捅穿，全球天氣也沒發生大的變化。那些核試驗場地反複使用(yòng)，周圍的人們照常工(gōng)作(zuò)，核試驗對他(tā)們似乎已習以為(wèi)常。
全球核爆炸統計表（1945––1996）
上表核試驗次數的統計方法各國(guó)稍有(yǒu)不同。中(zhōng)國(guó)47次核試驗是《蘇聯核試驗》書中(zhōng)的統計，中(zhōng)國(guó)的統計為(wèi)45次。
