Ядролық қарудың зиян келтіру түрлері мен ауырлығы

Кіріспе

Ядролық қарудан туындаған зақымның түрі мен ауырлығы. Ядролық жарылыстың тікелей аймағындағы әсерлер, әдетте, конвенциялық жарылғыш заттарға қарағанда әлдеқайда қиратушы және күрделі болады. Көп жағдайда, төменгі атмосферада жасалған ядролық қарудан бөлінетін энергияны шамамен төрт негізгі санатқа бөлуге болады: жарылыс және соққы толқыны: жалпы энергияның 50% жылулық сәулелену: жалпы энергияның 35% иондаушы сәулелену: жалпы энергияның 5% (нейтрон бомбасында одан да көп) қалдық сәулелену: жарылыс массасымен байланысты жалпы энергияның 5–10%. Қарудың конструкциясына және жарылыс орнына байланысты, кез келген санатқа бөлінетін энергия айтарлықтай жоғары немесе төмен болуы мүмкін. Физикалық жарылыс әсері, электромагниттік спектрді қамтитын үлкен мөлшердегі энергияның айналадағы ортамен байланысуы арқылы туындайды. Жарылыс ортасы (мысалы, су асты, жер бетіндегі жарылыс, ауадағы жарылыс немесе экзосфералық) жарылысқа жұмсалатын энергия мөлшерін және сәулеленуге жұмсалатын энергия мөлшерін анықтайды. Жалпы, бомбаны су сияқты тығыз ортамен қоршау, көбірек энергияны сіңіріп, әсер ету аймағын шектей отырып, күшті соққы толқынын тудырады. Ядролық қару тек ауамен қоршалғанда, жарылыс және жылу әсерлері, жарылыс қуаты артаған сайын, қаупі бар радиациялық әсерлерге қарағанда пропорционалды түрде жылдам өседі. Бұл толқын дыбыс жылдамдығынан асып түседі. Ядролық қарудың физикалық зақымдану механизмдері (жарылыс және жылулық сәулелену) конвенциялық жарылғыш заттардың механизмдерімен бірдей, бірақ ядролық жарылыспен өндірілетін энергия, әдетте, бірлік массасына миллиондаған есе күшті, ал температура бірнеше он миллион градусқа жете алады. Ядролық жарылыстан шыққан энергия бастапқыда әртүрлі түріндегі тереңдете кіретін сәулелену түрінде бөлінеді. Айналасында ауа, тас немесе су сияқты материал болған кезде, бұл сәулелену олармен әрекеттеседі және материалды тепе-теңдік температурасына дейін жылдам қыздырады (яғни, материал жарылысқа қуат беретін отынмен бірдей температураға жетеді). Бұл айналадағы материалдың булануына және оның жылдам кеңеюіне әкеледі. Бұл кеңеюден туындаған кинетикалық энергия, орталықтан сфералық түрде кеңейетін соққы толқынының қалыптасуына септігін тигізеді. Гипоцентрдегі қарқынды жылулық сәулелену ядролық от шарларын құрайды, ал жарылыс жеткілікті биіктікте болса, олар көбінесе саңырауқұлақ бұлтымен байланысты болады. Биік атмосферадағы жарылыста, атмосфера тығыздығы төмен болғандықтан, энергияның көп бөлігі иондаушы гамма-сәулелену және рентген сәулелері түрінде, атмосфераны ығыстыратын соққы толқынынан гөрі бөлінеді.

Type and severity of damage caused by nuclear weapons

The effects of a nuclear explosion on its immediate vicinity are typically much more destructive and multifaceted than those caused by conventional explosives. In most cases, the energy released from a nuclear weapon detonated within the lower atmosphere can be approximately divided into four basic categories:
the blast and shockwave: 50% of total energy
thermal radiation: 35% of total energy
ionizing radiation: 5% of total energy (more in a neutron bomb)
residual radiation: 5–10% of total energy with the mass of the explosion. Depending on the design of the weapon and the location in which it is detonated, the energy distributed to any one of these categories may be significantly higher or lower. The physical blast effect is created by the coupling of immense amounts of energy, spanning the electromagnetic spectrum, with the surroundings. The environment of the explosion (e. g. submarine, ground burst, air burst, or exo atmospheric) determines how much energy is distributed to the blast and how much to radiation. In general, surrounding a bomb with denser media, such as water, absorbs more energy and creates more powerful shockwaves while at the same time limiting the area of its effect. When a nuclear weapon is surrounded only by air, lethal blast and thermal effects proportionally scale much more rapidly than lethal radiation effects as explosive yield increases. This bubble is faster than the speed of sound. The physical damage mechanisms of a nuclear weapon (blast and thermal radiation) are identical to those of conventional explosives, but the energy produced by a nuclear explosion is usually millions of times more powerful per unit mass and temperatures may briefly reach the tens of millions of degrees. Energy from a nuclear explosion is initially released in several forms of penetrating radiation. When there is surrounding material such as air, rock, or water, this radiation interacts with and rapidly heats the material to an equilibrium temperature (i. e. so that the matter is at the same temperature as the fuel powering the explosion). This causes vaporization of the surrounding material, resulting in its rapid expansion. Kinetic energy created by this expansion contributes to the formation of a shockwave which expands spherically from the center. Intense thermal radiation at the hypocenter forms a nuclear fireball which, if the explosion is low enough in altitude, is often associated with a mushroom cloud. In a high altitude burst, where the density of the atmosphere is low, more energy is released as ionizing gamma radiation and X rays than as an atmosphere displacing shockwave.

Электромагниттік импульс

Ядролық жарылыстан шыққан гамма сәулелері Комптон шашырауы арқылы жоғары энергиялы электрондарды тудырады. Жоғары биіктіктегі ядролық жарылыстар кезінде бұл электрондар Жердің магнит өрісіне жиырма мен қырық километрлік биіктікте ұсталады, онда олар Жердің магнит өрісімен өзара әрекеттесіп, шамамен бір миллисекундқа созылатын когерентті ядролық электромагниттік импульс (NEMP) жасайды. Екіншілік әсерлер бір секундтан астам уақытқа созылуы мүмкін. Импульс күшті болғандықтан, орташа ұзындықтағы металл объектілер (мысалы, кабельдер) антенна ретінде әрекет етеді және электромагниттік импульспен өзара әрекеттесу нәтижесінде жоғары кернеу тудырады. Бұл кернеулер қорғалмаған электрониканы бұзуы мүмкін. ЭМП-ның биологиялық әсері белгісіз. Иондалған ауа сонымен қатар, ионосферадан әдетте қайтатын радиобайланысты да бұзады. Электрондық құрылғыларды металл фольга сияқты өткізгіш материалмен толық орап қорғауға болады, бірақ қорғаудың тиімділігі толық болмауы мүмкін. Тиімді қорғау – көптеген факторларға байланысты күрделі мәселе. Жартылай өткізгіштер, әсіресе интегралды схемалар, PN-қосылымдарының жақын орналасуына байланысты ЭМП әсеріне өте сезімтал, бірақ бұл термиондық құбырлар (немесе клапандар) үшін емес, олар ЭМП әсеріне салыстырмалы түрде төзімді. Фарадей клеткасы, егер торлар ядролық жарылыстан шығатын ең кішкентай толқын ұзындығынан артық емес саңылауларға ие болмаса, ЭМП әсерінен қорғаныш бермейді. Жоғары биіктікте жарылған ірі ядролық қарулар өте ұзын электр өткізгіштерінде геомагниттік токтарды тудырады. Бұл геомагниттік токтардың пайда болу механизмі Комптон электрондарының тудырған гамма сәулелі импульстен мүлдем өзгеше.

Радарлардың бұзылуы

Жарылыс кезінде ауа иондалып, от шар тудырады. От шарындағы бос электрондар радиотолқындарға әсер етеді, әсіресе төмен жиіліктерде. Бұл аспанның үлкен бөлігін, әсіресе VHF және UHF жиіліктерінде жұмыс істейтін радарлар үшін өткірмейтін етеді, бұл ұзақ қашықтықтағы ерте ескерту радарларында кең таралған құбылыс. Микротолқындық аймақтағы жоғары жиіліктерде бұл әсер азаяды және уақыты қысқа болады – от шар суығанда және электрондар бос ядролармен қайта біріксе, әсері күшінен төмендеп, әсер ететін жиіліктер де азаяды. Екінші тоқтату әсері бөліну өнімдерінен бета бөлшектер шығуынан туындайды. Олар Жердің магнит өрісінің сызықтарымен ұзақ қашықтыққа жүре алады. Жоғарғы атмосфераға жеткенде, олар от шар сияқты иондануды тудырады, бірақ кеңірек аумақта. Есептеулер көрсеткендей, екі мегатондық H бомбасына тән бір мегатондық бөліну бета сәулесінің әсерінен 5 минут бойы белгілі бір аумақ радар үшін қол жетімсіз болады. Жарылыс биіктігі мен орнын мұқият таңдау радиолокациялық кедергі жасаудың өте тиімді әдісін қамтамасыз етеді. Жарылыс нүктесіне жақын жерде нейтрон қарқындылығы гамма қарқындылығынан жоғары болады, бірақ қашықтық артқан сайын нейтрон-гамма қатынасы төмендейді. Соңында, бастапқы сәулеленудің нейтрондық құрауы гамма құрауымен салыстырғанда мардымсыз болып кетеді. Қарудың қуатымен қашықтықтың маңызды деңгейде өсуі байқалмайды, нәтижесінде бастапқы сәулеленудің қауіптілігі қуаттың артуымен төмендейді. Ірі қаруларда, 50 кт (200 ТЖ) жоғары қуатта, жарылыс және жылу әсерлері басымдыққа ие болғандықтан, жедел сәулелену әсерлерін ескермеуге болады. Нейтрон сәулеленуі қоршаған затты өзгертіп, оны жиі радиоактивті етеді. Бұл радиоактивті материалдың шаңына бомбаның өзі шығарған радиоактивті заттар қосылғанда, қоршаған ортаға көп мөлшерде радиоактивті материал шығады. Бұл радиоактивті ластану түрі ядролық жауын-шашын деп аталады және ірі ядролық қару үшін иондаушы сәулеленуге ұшыраудың басты қаупін құрайды. Ядролық қарудың конструкциялық ерекшеліктері де нейтрон шығаруға әсер етеді: Хиросима бомбасы, типі жарақтану бомбасы, 21 кт-тық Нагасаки бомбасына қарағанда әлдеқайда көп нейтрон шығарды, себебі жарылған ТНТ молекулаларында басым болатын жеңіл сутек ядролары (протондар) (Нагасаки бомбасының өзегін қоршап) нейтрондарды өте тиімді баяулатады, ал Хиросима бомбасының болат мұрындық бөлігіндегі темір атомдары нейтрондарды көп энергияны сіңірмей шашыратады. Алғашқы тәжірибелер көрсеткендей, әдетте, бөліну бомбасының тізбекті реакциясында пайда болатын нейтрондардың көп бөлігі бомба корпусымен сіңіріледі. Нейтрондарды сіңірудің орнына өткізетін материалдардан жасалған бомба корпусын құру бомбаны жедел нейтрон сәулеленуінен адамдар үшін одан да қауіпті етеді. Бұл нейтронды бомбаны әзірлеуде қолданылған ерекшеліктердің бірі.

The heat of the explosion causes air in the vicinity to become ionized, creating the fireball. The free electrons in the fireball affect radio waves, especially at lower frequencies. This causes a large area of the sky to become opaque to radar, especially those operating in the VHF and UHF frequencies, which is common for long range early warning radars. The effect is less for higher frequencies in the microwave region, as well as lasting a shorter time – the effect falls off both in strength and the affected frequencies as the fireball cools and the electrons begin to re form onto free nuclei. A second blackout effect is caused by the emission of beta particles from the fission products. These can travel long distances, following the Earth's magnetic field lines. When they reach the upper atmosphere they cause ionization similar to the fireball, but over a wider area. Calculations demonstrate that one megaton of fission, typical of a two megaton H bomb, will create enough beta radiation to blackout an area across for five minutes. Careful selection of the burst altitudes and locations can produce an extremely effective radar blanking effect. Near the point of the explosion, the neutron intensity is greater than the gamma intensity, but with increasing distance the neutron gamma ratio decreases. Ultimately, the neutron component of the initial radiation becomes negligible in comparison with the gamma component. The range for significant levels of initial radiation does not increase markedly with weapon yield and, as a result, the initial radiation becomes less of a hazard with increasing yield. With larger weapons, above 50 kt (200 TJ), blast and thermal effects are so much greater in importance that prompt radiation effects can be ignored. The neutron radiation serves to transmute the surrounding matter, often rendering it radioactive. When added to the dust of radioactive material released by the bomb itself, a large amount of radioactive material is released into the environment. This form of radioactive contamination is known as nuclear fallout and poses the primary risk of exposure to ionizing radiation for a large nuclear weapon. Details of nuclear weapon design also affect neutron emission: the gun type assembly Hiroshima bomb leaked far more neutrons than the implosion type 21 kt Nagasaki bomb because the light hydrogen nuclei (protons) predominating in the exploded TNT molecules (surrounding the core of the Nagasaki bomb) slowed down neutrons very efficiently while the heavier iron atoms in the steel nose forging of the Hiroshima bomb scattered neutrons without absorbing much neutron energy. It was found in early experimentation that normally most of the neutrons released in the cascading chain reaction of the fission bomb are absorbed by the bomb case. Building a bomb case of materials which transmitted rather than absorbed the neutrons could make the bomb more intensely lethal to humans from prompt neutron radiation. This is one of the features used in the development of the neutron bomb.

Жер сілкінісі

Жарылыстан туындаған сейсмикалық қысым толқындары жақын жердегі тақталардың кернеуін азайтуы немесе әлдебір жер сілкінісін тудыруы мүмкін. Жер астындағы жарылыс осы қысым толқынын шоғырландырады, сондықтан жер сілкінісі болу ықтималдығы артады. Бұл толқындардың бірінші және ең жылдам толқыны, қалыпты жер сілкінісінің P толқынымен тең, сынақ орны туралы мәлімет бере алады. Одан кейін S толқыны мен Рейли толқыны келеді. Мұның бәрін көп жағдайда әлемдегі сейсмикалық станциялармен өлшеуге болады, ал нақты жер сілкіністерімен салыстыру арқылы дифференциалдық талдау жасап, шамамен күшін анықтауға болады, сондай-ақ жоғары жиілікті (>4 Гц) телесейсмикалық P толқыны амплитудасын модельдеуге болады. Дегенмен, теория бойынша, қазіргі заманғы жарылыс қуатымен болатын ядролық жарылыс ақаудың жарылуына себеп болып, атылған жерден бірнеше ондаған шақырымнан артық қашықтықтағы үлкен жер сілкінісін тудырмайды.

Тиімділіктердің жиынтығы

Келесі кестеде идеалды, ашық аспан және ауа райы жағдайындағы жалғыз ядролық жарылыстың ең маңызды әсерлері көрсетілген. Осыған ұқсас кестелер ядролық қарудың әсерін масштабтау заңдары бойынша есептеледі. Нақты жағдайларды және олардың қазіргі қалалық аймақтарға тигізетін зиянын компьютерлік модельдеудің жетілдірілген әдістері көрсеткендей, көптеген масштабтау заңдары тым қарапайым және ядролық жарылыстың әсерін жоғары бағалауға бейім. Есептеу уақытын және теңдеулердің ұзындығын қысқарту үшін, жиі қолданылатын қарапайым және құпиялы емес масштабтау заңдары жердің бедерінің өзгеруі сияқты маңызды факторларды ескермейді. Төмендегі кестеге негізделген масштабтау заңдары, басқа факторлармен қатар, нысана аумақтың толыққанды тегіс екенін, қалалық жер бедерінің көлеңкесі сияқты әсерлердің жоқтығын және қала көшелеріндегі шағылысу мен туннельдеуден туындайтын әсерлерді ескермейді. Салыстыру үшін, жаһандық ядролық соғыста қарсы шабуыл мақсатындағы қалаларға қарсы қолданылатын ядролық қарулар көбінесе мегатоннан кем салмақты болады. 100-ден 475 килотоннаға дейінгі қарулар АҚШ және Ресейдің ядролық арсеналдарында ең көп кездеседі; мысалы, Ресейдің "Булава" баллистикалық зымырасын (БЗ) жабдықтаған оқ-дәрілердің қуаты 150 килотоннаны құрайды. АҚШ мысалдары – W76 және W88 оқ-дәрілері, мұндағы W76 оқ-дәрісінің саны АҚШ ядролық арсеналында W88-ге қарағанда екі есе көп. + Әсерлері Жарылыс қуаты / жарылыс биіктігі 1 кт / 200 м 20 кт / 540 м 1 Мт / 2,0 км 20 Мт / 5,4 км Жарылыс – тиімді жер радиусы GR / км Қалалық аумақтар толығымен қиратылды 0,2 0,6 2,4 6,4 Көптеген азаматтық ғимараттардың қирауы 0,6 1,7 6,2 17 Азаматтық ғимараттарға орташа зиян 1,7 4,7 17 47 Теміржол вагондарының рельстерден лақтырылып, қирауы (62 кПа; 20 кт-ден басқа мәндер куб түбір масштабтау арқылы экстраполяцияланады) ≈0,4 1,0 ≈4 ≈10 Жылу сәулесі – тиімді жер радиусы GR / км Төртінші дәрежелі күйік, өрт 0,5 2,0 10 30 Үшінші дәрежелі күйік 0,6 2,5 12 38 Екінші дәрежелі күйік 0,8 3,2 15 44 Бірінші дәрежелі күйік 1,1 4,2 19 53 Жедел ядролық сәулеленудің әсері – тиімді көлбеу радиусы1 SR / км Өлімге әкелетін2 жалпы доза (нейтрондар және гамма сәулелері) 0,8 1,4 2,3 4,7 Жедел сәулелену синдромына әкелетін жалпы доза2 1,2 1,8 2,9 5,4

The following table summarizes the most important effects of single nuclear explosions under ideal, clear skies, weather conditions. Tables like these are calculated from nuclear weapons effects scaling laws. Advanced computer modelling of real world conditions and how they impact on the damage to modern urban areas has found that most scaling laws are too simplistic and tend to overestimate nuclear explosion effects. As it is only simplistic and unclassified scaling laws that are commonly encountered, that do not take important things like varying land topography into account to ease calculation time and equation length. The scaling laws that were used to produce the table below, assume among other things, a perfectly level target area, no attenuating effects from urban terrain masking, e. g. skyscraper shadowing, and no enhancement effects from reflections and tunneling by city streets. As a point of comparison in the chart below, the most likely nuclear weapons to be used against countervalue city targets in a global nuclear war are in the sub megaton range. Weapons of yields from 100 to 475 kilotons have become the most numerous in the US and Russian nuclear arsenals; for example, the warheads equipping the Russian Bulava submarine launched ballistic missile (SLBM) have a yield of 150 kilotons. US examples are the W76 and W88 warheads, with the lower yield W76 being over twice as numerous as the W88 in the US nuclear arsenal. + Effects Explosive yield / height of burst 1 kt / 200 m 20 kt / 540 m 1 Mt / 2.0 km 20 Mt / 5.4 km Blast—effective ground range GR / km Urban areas completely levelled 0.2 0.6 2.4 6.4 Destruction of most civilian buildings 0.6 1.7 6.2 17 Moderate damage to civilian buildings 1.7 4.7 17 47 Railway cars thrown from tracks and crushed(62 kPa; values for other than 20 kt are extrapolated using the cube root scaling) ≈0.4 1.0 ≈4 ≈10 Thermal radiation—effective ground range GR / km Fourth degree burns, Conflagration 0.5 2.0 10 30 Third degree burns 0.6 2.5 12 38 Second degree burns 0.8 3.2 15 44 First degree burns 1.1 4.2 19 53 Effects of instant nuclear radiation—effective slant range1 SR / km Lethal2 total dose (neutrons and gamma rays) 0.8 1.4 2.3 4.7 Total dose for acute radiation syndrome2 1.2 1.8 2.9 5.4

1 Жедел сәулелену әсері үшін көлбеу радиусы жер радиусының орнына көрсетілген, өйткені кейбір жарылыс биіктіктері үшін тіпті жерде де кейбір әсерлер байқаылмайды. Әсер жерде болса, жер радиусын көлбеу радиусы мен жарылыс биіктігінен есептеуге болады (Пифагор теоремасы). 2 "Жедел сәулелену синдромы" бір грейге тең жалпы дозаға, ал "өлімге әкелетін" – он грейге тең. Бұл тек шамамен есептелген, себебі биологиялық факторлар ескерілмеген. Әлемдік ядролық соғыс сценарийлерінде, Суық соғыс кезеңіндегідей жағдайларда, Мәскеу және Вашингтон сияқты стратегиялық маңызды қалалар бір рет емес, бірнеше рет, субмегатондық, тәуелсіз мақсаттарға ие, қайта кіру көліктерімен шабуылға ұшырауы мүмкін, кластерлік бомба немесе "печенье кескіш" конфигурациясында. 1970 жылдардағы Суық соғыстың қарыстыру кезеңінде Мәскеуге 60-қа жуық оқ-дәрі бағытталған деген хабар бар. Қалаларды нысанаға алуда кластерлік бомбалардың артықшылығы екі себепке байланысты: біріншісі, үлкен бір оқ-дәріні баллистикалық зымыранға қарсы жүйелердің анықтауы және жоюы оңай, ал бірнеше кішірек оқ-дәрілер жақындағанда бұл қиын. Төмен өнімділіктің оқ-дәрілеріне бұл сандық артықшылық одан әрі күшейеді, себебі олардың кішірек, ұзын физикалық пакетінің өлшеміне байланысты жоғары кіру жылдамдығына ие, егер екі ядролық қарудың дизайны бірдей болса (W88 ерекше жағдай). Бұл кластерлік бомбаның екінші себебі, немесе "қабаттастыру" (төмен өнімділіктің қаруларын қайталап соғу), бұл тактика сәтсіздік тәуекелін шектеуге қоса, жеке бомбалардың өнімділігін азайтады, соның салдарынан нысанаға алынбаған жақын маңдағы азаматтық аумақтарға, соның ішінде көрші елдерге кез келген ауыр жанама зиян келтіру мүмкіндігін азайтады. Бұл тұжырымдаманы Филип Дж. Долан және басқалар ұсынған.

Басқа құбылыстар

Гамма сәулелері нағыз жарылыстан бұрынғы ядролық процестерден шығып, келесі от шарларының пайда болуына ішінара себеп болуы мүмкін, себебі олар жақын маңдағы ауаның және/немесе басқа материалдардың температурасын күрт көтеріп жіберуі мүмкін. Көптеген серпімелі емес соқтығысулар нәтижесінде, бөліну фрагменттерінің кинетикалық энергиясының бір бөлігі ішкі және сәулелену энергиясына айналады. Кейбір электрондар атомдардан толығымен алынып, иондануға себеп болады, ал басқалары ядроға байланған күйде жоғары (немесе қоздырылған) энергия деңгейіне көтеріледі. Өте қысқа уақыт ішінде, шамамен микросекундтың жүзден бір бөлігінің шамасында, қару қалдықтары толық және ішінара иондалған атомдардан тұрады, олардың көпшілігі еркін электрондармен бірге қоздырылған күйде болады. Содан кейін жүйе бірден электромагниттік (термиялық) сәуле шығара бастайды, оның сипаты температураға байланысты болады. Бұл температура шамамен 107 градусқа жететін болғандықтан, микросекунд ішінде шығарылатын энергияның көп бөлігі жұмсақ рентген сәулелері аймағында болады. Температура белгілі бір көлемдегі бөлшектердің орташа ішкі энергиясына/жылуына байланысты болғандықтан, ішкі энергия немесе жылу кинетикалық энергияның көрінісі болып табылады. Атмосферадағы жарылыс кезінде от шарлары тез арада максималды өлшемге дейін кеңейеді, содан кейін қоршаған ауадағы суға қарай көтеріліп, салқындауға бастайды. Көтерілгенде, ол кейбір фотосуреттерде көрінетіндей, айналмалы ағынның пішінін қабылдайды, ал айналмалы орталықта жарқыраған материал болады. Бұл эффект «саңырауқұлақ бұлт» деп аталады. Ядролық бомбалар жарылғанда кейде молния оқиғалары болады. Ядролық жарылыстардың суреттерінде түтін іздері жиі кездеседі. Бұл жарылыстан емес, жарылысқа дейін ұшырылған зымырандардың іздері. Бұл іздер жарылыстан кейінгі сәттерде әдетте көрінбейтін жарылыс толқынын бақылауға мүмкіндік береді. Ядролық жарылыстан туындаған жылу және ауадағы бөлшектер жаңбырға себеп болуы мүмкін, бұл бөлшектердің бұлт конденсациясының ядролары ретінде әрекет етуіне байланысты. Хиросимадағы жарылыстан кейін болған қалалық өрт кезінде су тамшыларының мөлшері шамамен мармур сияқты болды. Бұл «қара жаңбыр» деп аталды және осы атпен кітап пен фильм жарық көрді. Қара жаңбыр үлкен өрттерден кейін сирек емес және көбінесе үлкен орман өрттері кезінде пирокумул бұлттарынан пайда болады. Хиросимадағы жаңбыр сол күні сағат 9-да басталып, гипоцентрден солтүстік-батысқа қарай кең аумақты қамтыды, ал кейбір аймақтарда бір сағаттан астам уақыт бойы қатты жаңбыр жауды. Қаланың үстіне түсетін жаңбыр нейтрондық белсенді құрылыс материалдарының жану өнімдерін әкелген болуы мүмкін, бірақ ол ешқандай маңызды ядролық қару қалдықтарын немесе жауын-шашынды алып жүрмеді, дегенмен бұл басқа техникалық емес көздердің мәлімдемелеріне қайшы келеді. Ричард Хаммингке алғашқы ядролық сынақтан бұрын осындай есептеу жасау тапсырылды және ол да сол қорытындыға келді. Дегенмен, бұл идея көп жылдар бойы аңыз ретінде сақталды және Энрико Ферми атмосфераны тұтандыруға ставкалар тіккен «Тринити» сынағында апокалиптикалық әзілдің көзіне айналды.

Gamma rays from the nuclear processes preceding the true explosion may be partially responsible for the following fireball, as they may superheat nearby air and/or other material. As a result of numerous inelastic collisions, part of the kinetic energy of the fission fragments is converted into internal and radiation energy. Some of the electrons are removed entirely from the atoms, thus causing ionization, others are raised to higher energy (or excited) states while still remaining attached to the nuclei. Within an extremely short time, perhaps a hundredth of a microsecond or so, the weapon residues consist essentially of completely and partially stripped (ionized) atoms, many of the latter being in excited states, together with the corresponding free electrons. The system then immediately emits electromagnetic (thermal) radiation, the nature of which is determined by the temperature. Since this is of the order of 107 degrees, most of the energy emitted within a microsecond or so is in the soft X ray region. Because temperature depends on the average internal energy/heat of the particles in a certain volume, internal energy or heat is due to kinetic energy. For an explosion in the atmosphere, the fireball quickly expands to maximum size, and then begins to cool as it rises like a balloon through buoyancy in the surrounding air. As it does so it takes on the flow pattern of a vortex ring with incandescent material in the vortex core as seen in certain photographs. This effect is known as a mushroom cloud. At the explosion of nuclear bombs lightning discharges sometimes occur. Smoke trails are often seen in photographs of nuclear explosions. These are not from the explosion; they are left by sounding rockets launched just prior to detonation. These trails allow observation of the blast's normally invisible shock wave in the moments following the explosion. The heat and airborne debris created by a nuclear explosion can cause rain; the debris is thought to do this by acting as cloud condensation nuclei. During the city firestorm which followed the Hiroshima explosion, drops of water were recorded to have been about the size of marbles. This was termed black rain, and has served as the source of a book and film by the same name. Black rain is not unusual following large fires and is commonly produced by pyrocumulus clouds during large forest fires. The rain directly over Hiroshima on that day is said to have begun around 9 a. m. with it covering a wide area from the hypocenter to the north west, raining heavily for one hour or more in some areas. The rain directly over the city may have carried neutron activated building material combustion products, but it did not carry any appreciable nuclear weapon debris or fallout, although this is generally to the contrary to what other less technical sources state.<! Richard Hamming was asked to make a similar calculation just before the first nuclear test, and reached the same conclusion. Nevertheless, the notion has persisted as a rumor for many years, and was the source of apocalyptic gallows humor at the Trinity test where Enrico Fermi took side bets on atmospheric ignition.

Тіршілік ету мүмкіндігі

Тірі қалу мүмкіндігі адамның үй ішінде немесе сыртта болуы, жарылыс мөлшері, жарылысқа дейінгі қашықтық және аз дәрежеде, радиоактивтік бұршақтарды тасымалдайтын желдің бағыты сияқты факторларға тікелей байланысты. Ашық жерде, қорғаныш құрылыстары немесе жер бедері болмаған жағдайда, 1 мегатонналық ауадағы жарылыстың радиусы шегінде өлімге ұшырау мүмкіндігі өте жоғары, ал сол 1 мегатонналық атмосфералық жарылыстан туындаған жарылыстан өлу ықтималдығы шамамен таралады. Шын мәніндегі өзгергіштік пен үй ішінде болудың қаншалықты маңызды екенін көрсету үшін, Хиросимадағы орнынан тыс жерде, өлімге әкелетін радиация мен жарылыс аймағына қарамастан, Акико Такакура 16 кт атом бомбасының әсерінен гипоцентрден шамамен қашықтықта, тек жеңіл жарақаттармен аман қалды. Бұл негізінен сол кездегі темірбетон ғимарат – Жапония банкінің вестибюлінде болғандықтарына байланысты. Ал, Жапония банкінің қасындағы Сумитомо банкінің баспалдағында, толық ашық күйде отырған белгісіз адам үшінші дәрежелі күйік алып, екі секунд ішінде жарылыстан қаза тапты. Медициналық көмек көрсетілген жағдайда, 200 ремге дейінгі жедел дозадағы сәулеленуге шыдауға болады. Егер адамдар тобы 24 сағат ішінде 50-59 рем сәулелену дозасына ұшыраса, ешқайсысы сәулелену ауруына шалдықпайды. Егер топ 60-тан 180 ремге дейін сәулеленсе, 50%-ы радиациялық улануға шалдығады. Егер медициналық көмек көрсетілсе, 60-180 ремге ұшырағандардың барлығы аман қалады. Егер топ 200-ден 450 ремге дейін сәулеленсе, көпшілігі, мүмкін барлығы да ауырады. Медициналық көмек көрсетілген жағдайда да, 200-450 ремге ұшырағандардың 50%-ы екі-төрт апта ішінде қайтыс болады. Егер топ 460-тан 600 ремге дейін сәулеленсе, 100%-ы радиациялық улануға шалдығады. 460-600 ремге ұшырағандардың 50%-ы бір-үш апта ішінде қайтыс болады. Егер топ 600-ден 1000 ремге дейін сәулеленсе, 50%-ы бір-үш апта ішінде қайтыс болады. Егер топ 1000-нан 5000 ремге дейін сәулеленсе, 100%-ы 2 апта ішінде қайтыс болады. 5000 ремге жеткенде, 100%-ы 2 күн ішінде қайтыс болады.

Survivability is highly dependent on factors such as if one is indoors or out, the size of the explosion, the proximity to the explosion, and to a lesser degree the direction of the wind carrying fallout. Death is highly likely and radiation poisoning is almost certain if one is caught in the open with no terrain or building masking effects within a radius of from a 1 megaton airburst, and the 50% chance of death from the blast extends out to ~ from the same 1 megaton atmospheric explosion. To highlight the variability in the real world, and the effect that being indoors can make, despite the lethal radiation and blast zone extending well past her position at Hiroshima, Akiko Takakura survived the effects of a 16 kt atomic bomb at a distance of from the hypocenter, with only minor injuries, due mainly to her position in the lobby of the Bank of Japan, a reinforced concrete building, at the time. In contrast, the unknown person sitting outside, fully exposed, on the steps of the Sumitomo Bank, next door to the Bank of Japan, received lethal third degree burns and was then likely killed by the blast, in that order, within two seconds. With medical attention, radiation exposure is survivable to 200 rems of acute dose exposure. If a group of people is exposed to a 50 to 59 rems acute (within 24 hours) radiation dose, none will get radiation sickness. If the group is exposed to 60 to 180 rems, 50% will become sick with radiation poisoning. If medically treated, all of the 60–180 rems group will survive. If the group is exposed to 200 to 450 rems, most if not all of the group will become sick. 50% of the 200–450 rems group will die within two to four weeks, even with medical attention. If the group is exposed to 460 to 600 rems, 100% of the group will get radiation poisoning. 50% of the 460–600 rems group will die within one to three weeks. If the group is exposed to 600 to 1000 rems, 50% will die in one to three weeks. If the group is exposed to 1,000 to 5,000 rems, 100% of the group will die within 2 weeks. At 5,000 rems, 100% of the group will die within 2 days.

Ядролық жарылыстың үй ішінде адамдарға әсері

Никосия университетінің зерттеушілері жоғары дәрежелі есептеу сұйықтық динамикасын (CFD) қолданып, әдеттегі континенттер аралық баллистикалық зымыраннан ұшырылған атом бомбасының жарылысын және одан туындаған жарылыс толқынын үй ішінде паналаған адамдарға қалай әсер ететінін симуляциялады. Олар жарылыс толқынының орташа зақым келтіретін аймақта кейбір ғимараттарды қиратып, сыртта жүрген адамдарды жарақаттауға жеткілікті екенін анықтады. Дегенмен, бетон конструкциялар сияқты мықты ғимараттар тұрған күйінде қалуы мүмкін. Команда ядролық жарылыс толқынының берік құрылым арқылы қандай жылдамдықпен өтетінін зерттеу үшін озық компьютерлік модельдеуді пайдаланды. Олардың модельдеу құрылымында бөлмелер, терезелер, есіктер және дәліздер болды, бұл жарылыс толқынынан кейін ауаның жылдамдығын есептеуге және ең қауіпсіз және ең қауіпті жерлерді анықтауға мүмкіндік берді. Зерттеу көрсеткендей, ауаның жоғары жылдамдығы әлі де елеулі қауіпті құрайды және ауыр жарақаттарға немесе тіпті өлімге әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, жай ғана мықты ғимаратта болу қауіптің алдын алу үшін жеткіліксіз. Тар кеңістіктер ауа жылдамдығын арттырады, ал жарылыс толқынының әсерінен ауа қабырғалардан секіріп, бұрыштардан иіледі. Ең жаман жағдайда, бұл адам денесінің салмағынан бірнеше есе артық күшті тудыруы мүмкін. Үй ішіндегі ең қауіпті орындар – терезелер, дәліздер және есіктер. Аталған зерттеу халықаралық баспасөз тарапынан үлкен қызығушылыққа ие болды.