核武器杀伤作用及其防护

核武器杀伤作用及其防护核能产生的原理爱因斯坦（1879-1955）相对论E=mc2（1906）核裂变的发现奥托·哈恩弗里茨·斯特拉斯曼1938年底，以中子轰击铀-235后得到原子序数很小的钡，铀核于大批中子轰击碰撞过程中发生了“破碎”，成为已经不再是铀的两个部分。核裂变现象的发现！莉丝·迈特纳1939年初，根据哈恩的实验数据，结合爱因斯坦的质能方程，提出了核裂变的概念。曼哈顿计划ManhattanProject1941年末，爱因斯坦等众多科学家建议罗斯福总统开展制造原子弹的计划；1942年初至1945年7月，在奥本海默领导下，动用10万人员，耗资20多亿美元，成功研制出3枚原子弹。核武器的诞生1945年7月16日凌晨，5时29分45秒，新墨西哥州阿拉莫戈空军基地第一次核试验成功“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”1945年8月6日8:15,广岛死伤14.40万，占人口总数56%Littleboy1945年8月9日11：02，长崎死伤5.9万，占人口总数34%FatMan1952年11月1日，人类第一枚氢弹“麦克”在马绍尔群岛的恩尼威托克小岛上爆炸，产生了1000万吨TNT的威力，相当于广岛原子弹的700倍中国核武器研制历史第一颗原子弹爆炸1964.10.1615:00（距美国首次19年）第一颗氢弹爆炸1967.6.177:00（距美国首次15年）NuclearTesting---1945to19982,050Tests(528Atmospheric,1522Underground)主要内容核武器概述1核武器四种杀伤因素2核武器的杀伤作用及特点3核武器损伤的防护4核武器概述核武器（nuclearweapon）Anuclearweaponisaweaponthatderivesitsenergyfromnuclearreactionsandhasenormousdestructivepower----asinglenuclearweaponiscapableofdestroyingacity.核武器：是利用核裂变或聚变反应，瞬间释放巨大能量，达到大规模杀伤破坏效应的一类武器（原子弹、氢弹、中子弹）。衡量核武器威力的参数TNT当量（TNTequivalent）核爆炸时所释放的能量相当于多少吨TNT炸药爆炸所释放的能量。LittleBoy（广岛）FatMan（长崎）当量1.25万吨当量2.2万吨Chainreactionofheavynuclearfission235U（239Pu）+10n→X+Y+（2～3）10n+200MeV原子弹（atomicbomb）引爆雷管→普通炸药→小于临界体积的核装料聚集→中子源发射中子→核裂变链式反应→在极短时间内释放巨大能量形成猛烈爆炸。原子弹（atomicbomb）链式反应1kg235U在百分之几秒内进行200代裂变链式反应，释放2万吨级TNT当量的能量能维持重核裂变链式反应持续进行的裂变物质(核材料)的最小质量称为临界质量，与其对应的体积称为临界体积（criticalsize）。临界质量（criticalmass）降低临界质量：核武器小型化、临界核武器的研制①增加中子反射层可以使临界质量降低1/2-/1/3235U13-15千克239Pu5-10千克②压缩核材料③结构设计使亚临界状态的裂变材料瞬间到达超临界状态，采用枪式和内爆式枪式（铀）内爆式（钚）Lightnuclearfusionreaction21H+31H→42He+10n+17.6MeV氢弹（hydrogenbomb）热核反应(聚变)1Kg氘氚6万吨TNT裂变——聚变双相弹爆炸原理：利用一定的技术，使轻核素原子核聚变能的～80%以高能中子形式释放出来造成杀伤的核武器。小型氢弹战术性核武器中子弹（neutronbomb）地面爆炸景象闪光（flash）火球（fireball）蘑菇状烟云（mushroomcloud）巨大的声响爆炸景象火球前方地平线升起两颗火红的“太阳”，一颗在上，一颗在下，上面那颗强烈的光芒，使另一颗黯然失色。这是一颗人造“太阳”，它的光亮比1000个真正的太阳还亮。蘑菇云空中爆炸地面爆炸水面爆炸水下爆炸地下爆炸其它爆炸方式景象爆炸方式空中（空爆）地面（地爆）地下水面水下爆炸方式直接影响核武器的杀伤破坏效应。参照爆炸方式，分析、预测核袭击造成的杀伤破坏情况。比例爆高Scaledheightofburst注意：比高不同于爆高。爆高100m，当量1kt，比高？爆高500m，当量1000kt，比高？意义：根据比高区分地爆≤60＜空爆指爆炸高度（m）与当量（kt）立方根的比值，简称比高。核武器的杀伤因素与致伤作用核武器的4种杀伤因素瞬时杀伤因素Instantaneouskillingfactor光辐射冲击波早期核辐射放射性沾染剩余核辐射Residualnuclearradiation核电磁脉冲——核爆炸释放γ射线，使空气分子电离,作用不到1秒钟,主要是破坏或干扰电子和电气设备。百万吨当量的核弹在几百公里的高空爆炸，地面上其他杀伤破坏效应范围很小，但核电磁脉冲的影响危害半径可达几千千米，它能消除计算机内储存的信息，使自动控制系统失灵，无线通讯器和家用电器受到干扰和损坏。它对人员杀伤作用相对较小。30km高度以下大气层核爆炸能量比例光辐射（lightradiation）形成高温(几千万度)火球向四周辐射的光和热热辐射能量释放（相对值）闪光阶段（1%2%，紫外线）火球阶段---杀伤破坏的主要阶段（98%99%，红外线和可见光）0246810246810爆炸后时间(秒)（相对值）光辐射能量释放两个阶段衡量光辐射威力的参数光冲量（radiantexposure）：指在整个发光过程中投射到与光辐射传播方向相垂直的单位面积上的能量。单位：J/m2、J/cm2光辐射特性(1)光速/直线传播(2)以两个脉冲形式释放(3)可穿透、被物质吸收、反射和遮挡(4)热效应强,破坏力大光辐射致伤作用光辐射烧伤(直接)分类：火焰烧伤(间接)朝向性：常发生于朝向爆心一测表浅性：Ⅱ度为主特殊部位发生率高：暴露部位呼吸道眼光辐射致伤作用特点朝向性广岛原子弹爆炸后光辐射烧伤伤员闪光盲（flashblindness）强光刺激眼睛视紫质被漂白分解视力自行恢复爆后几秒到3~4h可自行恢复，无后遗症。眼底烧伤（视网膜烧伤）直视火球聚焦增大103～104倍兔重度眼底烧伤（单个病灶）兔重度眼底烧伤病灶及出血冲击波（blastwave）形成模式图超压动压负压冲击波产生的压力：冲击波超压和负压随时间变化示意图冲击波特性(1)超音速传播但比光辐射和早期核辐射慢(2)压强高，摧毁力强冲击波致伤作用直接冲击伤：动压和超压——实质脏器：肝脾破裂负压——含液含气脏器：肺出血、胃肠穿孔和破裂一般不造成体表损伤间接冲击伤：挤压伤、砸伤、飞石伤等冲击波致伤作用特点多处受伤多种损伤伤情复杂外轻内重发展迅速早期核辐射形成（initialnuclearradiation）核武器爆炸最初十几秒内产生的γ射线和中子流核武器特有的杀伤因素早期核辐射特性1.传播速度快：γ射线/光速中子流/接近光速2.作用时间短：十几秒以内3.贯穿能力强、可被介质减弱4.能发生散射：运动方向呈杂乱地射向目标物5.中子俘获感生放射性将早期核辐射减弱一半所需要的物质层厚度防护层厚度(14cm厚土层)半减弱层指土壤、兵器、含盐食品及药品中某些些稳定性核素的原子核俘获慢中子后形成放射性核素，即称为感生放射性核素。其产生的放射性叫感生放射性。重点监测：爆心2公里半径内的土壤等环境物质。感生放射性早期核辐射致伤作用急性放射病：机体受到照射后吸收剂量1Gy时发生。小剂量外照射生物效应：＜1Gy时引起。放射性沾染形成放射性沾染（radioactivecontamination）核裂变碎片未裂变的核装料感生放射性物质放射性落下灰（radioactivefallout）：核爆炸时产生的大量放射性核素，在高温下气化，分散于火球内，当火球冷却成烟云时，与烟云中微尘以及由地面上升的尘土凝结成放射性微粒。受重力作用向地面沉降，简称落下灰。由此造成空气、地面、水源、各种物体和人体的沾染称为放射性沾染。放射性沾染的主要特性1.理化特性：含多种放射性核素，释放β、γ为主的射线；易被酸性溶液溶解等；2.衰变规律：沾染作用时间较长，但随时间推延而减弱；地面辐射级的衰减呈“六倍规律”，即时间每增加6倍，辐射级降至原来的1/10。放射性落下灰的衰变规律：沾染作用时间较长，但随时间推延而减弱；地面辐射级的衰减呈“六倍规律”，即时间每增加6倍，辐射级降至原来的1/10。有一名辐射侦检人员在某次核爆炸后3天进入放射性沾染区进行监测，发现某一地面的剂量率为80cGy/h，请推算其离开108天时此地点的地面剂量率。0.8cGy/h!放射性沾染的主要特性3.沾染程度及范围与爆炸方式有关：(地爆＞空爆)4.放射性沾染量：地面沾染用距地面0.7~1m高度辐射级表示，单位是Gy·h-1、cGy·h-1。0.5cGy·h-1的地域定为沾染边界。共分4级---轻微沾染区、中等沾染区、严重沾染区、极严重沾染区。放射性沾染致伤作用1.外照射损伤：主要由γ射线引起；2.内照射损伤：放射性核素进入体内；3.β射线皮肤损伤：落下灰直接沾染皮肤与人体在沾染区停留时间及有无防护措施有关消化道、呼吸道、伤口核武器损伤的伤类和伤情伤类伤情轻度:不丧失战斗力,不需住院；中度:丧失战斗力,需住院,预后良好；重度:立即丧失战斗力,经积极救治预后较好,大部分可治愈；极重度:当即丧失战斗力,经大力救治,可部分治愈。核武器的杀伤范围1万吨以上------皮肤浅II度烧伤的最远距离为边界1万吨以下------轻度急性放射病(1Gy)的最远距离为边界不同当量核武器杀伤区范围Kt——零点几至数km2101kt——十几至数十km2102kt——上百至数百km2Mkt——数百至上千km2轻度和中度杀伤区面积占整个杀伤面积的40-70%影响核武器杀伤作用的主要因素当量随当量增大杀伤范围增大(幅度):光辐射＞冲击波＞早期核辐射烧当量与伤类的关系万吨以下单纯放射放射复合伤万吨以上单纯烧伤烧冲(放)复合伤烧冲放放冲单放放烧冲冲烧冲烧伤放烧冲放万吨以下早期核辐射＞冲击波＞光辐射单纯放射、放射复合伤2万吨以上光辐射＞冲击波＞早期核辐射单纯烧伤、烧放冲、烧放早期核辐射增加范围局限在4km以内50万吨以上由于现场死亡区域超过早期核辐射杀伤区域单纯烧伤、烧冲复合伤爆炸方式当量相同情况下，空爆、地爆效应比较总杀伤范围烧伤冲击伤范围早期核辐射范围伤情沾染地域空爆大大小轻广且轻地爆小小大重小且重比高概念的意义其他因素人口密度防护情况自然条件：气象、地形地物对核武器损伤的防护防护类别主动防护：摧毁敌方核设施、拦截核武器、构筑工事被动防护：工事防护、医学防护在整个防护中医学防护是辅助性的，但它是卫生部门的重要工作，主要是预防放射损伤。难防性★核爆的突然性，人们往往来不及防护；★光辐射经反射可增强，冲击波因反射或合流可增强(超压无孔不入)，早期核辐射因散射可改变作用方向；★建筑物倒塌或燃烧造成的间接伤害；★实施防护和救治工作的困难。可防性★光辐射：直线传播，有方向性，作用时间短暂；对策：防燃、阻挡★冲击波：速度比光辐射慢，动压沿地面水平方向传播；对策：抗压、消波发现闪光，立即进入地下防空洞；卧倒缩小受力面积(迎风面)可防性★早期核辐射：能被屏蔽物吸收而减弱；对策：设置(利用)不同厚度的防护层★放射性落下灰：有沉降过程，可用仪器探测，衰变快。对策：发现闪光，撤离或者推迟进入沾染区；采取简单有效的防护措施对瞬时杀伤因素的防护☆个人防护动作：进入邻近工事，利用地形地物，背向爆心就地卧倒，避免间接损伤☆简易器材防护：服装、器材；☆大型兵器防护：装甲车辆、舰艇舱室；☆工事防护：是最重要最有效的措施，其中又以防冲击波为主距爆心3km处工事防