[科普中国]-核爆炸效应

光辐射

光辐射是核爆炸的基本杀伤破坏因素之一。它大约占核爆炸释放总能量的 35%，杀伤破坏作用仅次于冲击波。空中爆炸时，特别是在晴天的情况下，光辐射杀伤破坏范围最大。

①光辐射的形成和传播

当核武器在空中爆炸时，弹体中的高能粒子所产生的电磁辐射被几厘米厚的空气层完
全吸收。使得周围空气的温度急骤上升到几十万度。因此在核爆炸反应区内，除了爆炸气体外，还有炽热的空气。结果在反应区内形成一个高温高压的炽热气团——火球，并向周围发射光辐射。就光辐射的整体过程来说，
光球所发射的光辐射包括 X 射线、紫外线、可见光和红外线几部分。

②光辐射的特性

传播速度快：光辐射以光速(300000 米 /秒)作直线传播，它可被物体吸收、反射和遮挡，并能透过透明物体，在大气中的传播会被各种气体分子、水蒸气、尘埃等微粒散射、吸收而减弱。

热效应强：光辐射的能量很大，被物体吸收后，主要转变为热能，使之温度升高，其强弱程度用“光冲量”表示。光冲量是指火球在整个发光时间内投射到与光辐射传播方向垂直的单位面积上的光能量，其单位为：卡 /平方厘米。光辐射遇到不透明物体时，大部分被吸收，小部分被反射；遇到透明物体时大部分能通过，小部分被吸收;遇到白色或浅色且表面光滑的物体时，大部分被反射，小部分被吸收；遇到黑色或深色且表面粗糙的物体时则大部分被吸收， 小部分被反射。

作用时间短：光辐射的能量释放时间虽短但仍有个过程，作用时间随当量增大而延长，通常只有零点几秒到十几秒。天气、地形等自然条件对光辐射的影响明显。光辐射通过空气、雾、雨、雪等都能使其能量减弱。在横向沟壕、峡谷或高地、山地背向爆心一面可部分或全部遮挡光辐射的直射通过云、雾、雨、雪、沙尘时，光冲量可能减弱 20%～30%,而由于水面或冰雪覆盖地面的反射，光冲量可增强 40%～90%。

③光辐射的杀伤破坏作用

光辐射能引起人员的直接烧伤和间接烧伤。直接烧伤是指光辐射直接照射到人体上引起的烧伤，它往往发生在人员朝向爆心一侧的暴露部位的皮肤和黏膜，如手、脸、颈部等处。其烧伤程度主要取决于光冲量的大小。除
直接烧伤外，还可能因为服装、工事、建筑物或装备器材的燃烧而引起间接烧伤。在多数情况下，两类烧伤会综合发生。在城市中核爆炸引起的火灾，间接烧伤将成为突出的问题。如在广岛和长崎的死伤人员中间接烧伤占有相当高的比例。在核爆炸中，当人员直视火球时，强烈闪光可造成眼角膜和视网膜烧伤，并使人遭受闪光盲。当人员吸入灼热的空气时还能导致呼吸道灼伤，轻者咽喉肿痛、咳嗽、声音嘶哑, 重者会呼吸困难以至发生肺水肿，窒息而死。

光辐射可以使各种易燃物质如纸张、草木、纺织品、塑料、橡胶等炭化和燃烧，使城市造成大火灾。对于不能燃烧的物体， 也会因光辐射的光冲量大而被熔融。如土地表面能溶融成大小不一的玻璃状球体

冲击波核武器爆炸的冲击波是指从爆心呈球形向四周传播的高速高压气浪，它是核武器的基本杀伤因素，占核爆炸总能量 50%。冲击波可在空气、水和土壤等介质中传播。

①冲击波的形成与传播

核爆炸时所形成的高温高压火球猛烈膨胀，急剧地压缩周围空气而形成一个高于大气压的压缩区，随着火球的膨胀，压缩区按惯性继续扩大，到一定时刻便脱离火球，其后即出现一个低于大气压的稀疏区，压缩区与稀疏区紧密相连迅速向外传播而形成冲击波。压缩区前界(通常称为冲击波波阵面)上超过正常大气压的那部分压力称为超压，单位是 kPa(1Pa=1N/m㎡)；动压是指位于波阵面上的高速气流所形成的冲击力；稀疏区内的气压称为负压，其运行方向与超压、动压传播方向相反。

②冲击波的特性
传播速度快。冲击波的传播速度通常是指波阵面传播的速度，它以超音速从爆心向四周传播。一般超压越大，冲击波的传播速度越快。开始时冲击波传播速度每秒可达数千米，随着离爆心距离的增大，能量不断消耗，传播速度逐渐减小，当超压降到零(即压强降到大气压)时，就成为普通的声波在大气中消失。
压力大。冲击波的超压压强可高达几万千帕。冲击波到达时人和物体会同时受到超压的挤压作用和动压的冲击、抛掷作用。作用时间短。冲击波作用时间主要是指超压对人员、物体作用的持续时间，它对核爆炸的杀伤破坏程度有直接影响。同样超压值作用于人员、物体，受超压作用时间长，杀伤破坏就严重，反之则轻些。压缩区的作用时间一般为几秒，稀疏区的作用时间约为压缩区的作用时间的 3 倍。

地形地物对冲击波有影响。高山、山丘和建筑物等的正面可使冲击波超压增大 1 ～7倍，其反斜面可使超压下降 60%～70%；谷地、凹地、壕沟等地背向爆心侧压力减弱，朝向爆心面压力增大。
③冲击波的杀伤破坏作用

冲击波对人员可造成直接杀伤和间接杀伤。直接杀伤是指冲击波超压和动压直接作用于人体引起的损伤。超压对人体的突然挤压，可造成人员的耳鼓膜和心、肺、胃等内脏出血或破裂损伤;动压可使人体被抛掷而撞击地面或其他物体造成颅脑损伤、骨折、肝脾破裂、体表撕裂等损伤。另外，在冲击波作用下，扬起的沙尘可进入口腔和呼吸道内引起呼吸阻塞。

早期核辐射早期核辐射是指核爆炸最初十几秒至几十秒瞬间内由火球烟云中辐射出来γ射线和中子流。在核爆炸总能量中约占 5%，它是核武器重要的杀伤破坏因素。
①早期核辐射的形成

中子流主要是由核装料发生裂变或聚变反应时的瞬间放出的；γ射线主要是核裂碎片在衰变过程中以及空气中的氮原子核在中子作用下放出来的。
②早期核辐射的特性

传播速度快。γ射线是以光速传播的，中子流的速度可达几千——几万km / s 。当发现核爆炸闪光时，人员已受到早期核辐射的作用了。
有贯穿作用和电离作用。γ射线和中子流有很强的穿透力，能穿透人体和较厚的物质层， 因此又称为贯穿辐射。γ射线与物质相互作用会发生光电效应、康普顿效应和电子对效应；中子流与物质相互作用会发生散射和吸收作用。

作用时间短，杀伤距离受限。由于核裂碎片多数半衰期短、衰变快，而且又随火球烟云迅速上升加之空气层能消弱早期核辐射，因此早期核辐射对地面目标的作用时间只有十几秒钟，再大当量的核爆炸产生的早期核辐射对人员及物体的作用距离也超不过4km左右。但由于它能发生散射， 因此在高地反斜面、坑道入口或堑壕、猫耳洞内的人员可能会受到一部分散射早期核辐射的照射。

能使某些物质产生感生放射性。土壤、兵器、含盐食品、药物等被中子照射后会产生放射性(称为感生放射性)。其原因是这些物质中的钠、钾、铅、铁、锰等元素在吸收中子后变成了放射性同位素。

③早期核辐射的杀伤破坏作用

人员受到早期核辐射一定剂量的照射时，由于电离作用而破坏肌体组织的蛋白质和酶
等物质，导致细胞变异和死亡，从而造成人体生理机能失调( 如造血功能障碍、胃肠功能和中枢神经系统紊乱等)，产生全身性疾病即急性放射病。

早期核辐射对大多数物体没有破坏作用，但能使照相器材感光而失效；使光学玻璃变暗、变黑而影响使用； 使某些药品和半导体元件失效。另外，由于感生放射性的存在而使某些武器装备影响使用，含盐食品不能食
用。对农作物的发育生长也有影响，能使农作物出现畸形。

核电磁脉冲核电磁脉冲就是核爆炸时产生的电磁脉冲，它也是核武器特有的杀伤破坏因素。

①核电磁脉冲的形成

核电磁脉冲是核爆炸所释放的β、γ射线与周围介质相互作用，而散射出非对称的高速康普顿电子流和由这些不对称分布电荷高速运动所激发出的随时间变化的电磁场。

②核电磁脉冲的特性

核电磁脉冲作用范围广，地面、低空核爆炸作用范围可达几十千米,超高空爆炸时其作用范围可达 2000km；电磁场强度高，可达1～10 万 v/m；频谱很宽，几乎涵盖所有现代军用、民用电子设备所使用的工作频段。

③核电磁脉冲的破坏作用

核电磁脉冲由于作用时间极短(只有几十μs)，至今尚未发现对人畜的伤害及对一般物体的破坏，但它使通信受阻、电子系统功能损坏,烧毁电力电缆,对雷达、导弹的干扰导致工作紊乱、操纵失灵等。2

放射性沾染放射性沾染是指核爆炸产生的放射性物质，对人员、地面、空气、水及其他物体所造成的沾染。它和早期核辐射、核电磁脉冲一样，也是核武器特有的杀伤破坏因素。在核爆炸总能量中，放射性沾染约占 10%。
①放性沾染的形成

放射性沾染有三个来源:核爆炸后的核裂碎片、未反应的核装料和感生放射性物质。

②放射性沾染的特性

对人员的伤害途径多。有体外照射、体内照射和直接沾染皮肤引起灼伤三种。作用持续时间长，一般是几小时至几星期，沾染严重地区可持续几个月以上。

③射性沾染的杀伤破坏作用
放射性沾染对人体的损害是通过放射性物质放出的α、β、γ射线对人体的电离作用引起的，α、β射线穿透力有限，但γ射线具有很强的穿透力和很远的射程，它甚至可以伤害到在楼房内及车辆内的人员，在放射性沾染区停留时，它的杀伤作用最大。