Люди могут подвергаться однократному или неоднократному (повторному) облучению. При этом суммарная доза облучения может превысить допустимую, установленную для данного контингента. Важным фактором является время облучения: успевает ли организм «ликвидировать» последствия своего радиационного поражения. Считается, что при 10%-ном радиационном поражении организм не может полностью себя восстановить, так как это порог, вызывающий отдаленные последствия облучения.

Электромагнитный импульс. Ядерный взрыв сопровождается электромагнитным излучением в виде мощного и весьма короткого импульса. При ядерном взрыве в окружающую природную среду одномоментно испускается огромное количество гамма-квантов и нейтронов, которые взаимодействуют с ее атомами, сообщая им импульс энергии. Эта энергия идет на ионизацию атомов и сообщение электронам и ионам поступательного движения от центра взрыва. Так как масса электрона значительно меньше массы атома, то электроны приобретают высокую скорость, а ионы остаются практически на месте.

Эти электроны называют первичными. Их энергии достаточно для дальнейшей ионизации среды, причем каждый первичный (быстрый) электрон образует до 30 000 вторичных (медленных) электронов и положительных ионов. Под действием электрического поля от оставшихся положительных ионов вторичные электроны начинают двигаться к центру взрыва и вместе с положительными вторичными ионами создают электрические поля и токи, компенсирующие первичные. Из-за огромной разницы в скоростях первичных и вторичных электронов процесс компенсации длится значительно дольше, чем процесс их возникновения. В результате возникают кратковременные электрические и магнитные поля, которые и представляют собой электромагнитный импульс (ЭМИ), что характерно лишь для ядерного взрыва.

Нейтроны в районе взрыва захватываются атомами азота воздуха, создавая при этом гамма-излучение, механизм воздействия которого на окружающий воздух аналогичен первичному гамма-излучению, то есть способствует поддержанию электромагнитных полей и токов.

С высотой плотность атмосферного воздуха уменьшается, и в месте взрыва наблюдается асимметрия в распределении электрического заряда. Этому может способствовать и асимметрия потока гамма-квантов, различная толщина оболочки ЯБП и наличие магнитного поля Земли. Вследствие указанных причин электромагнитные поля теряют сферическую симметрию и при наземном ядерном взрыве приобретают вертикальную направленность.

Основными параметрами ЭМИ (рис. 6.3), определяющими его поражающее действие, являются: форма импульса (характер изменения напряженности электрической и магнитной составляющих поля во времени) и амплитуда импульса (максимальная величина напряженности поля). На рис. 6.3 по оси ординат дано отношение напряженности электрического поля (Е) для наземного взрыва к максимальной напряженности поля в начальный момент взрыва. Это одиночный однополярный импульс с очень крутым передним фронтом (с длительностью в сотые доли микросекунды). Его спад происходит по экспоненциальному закону, подобно импульсу от молниевого разряда, в течение нескольких десятков миллисекунд. Диапазон частот ЭМИ простирается до 100 МГц, но основная его энергия приходится на частоты 10...15 кГц.

Рис. 6.3. Форма ЭМИ наземного ядерного взрыва

Район, где гамма-излучение взаимодействует с атмосферой, называется районом источника ЭМИ. Плотная атмосфера на малых высотах ограничивает эффективное распространение гамма-квантов до сотен метров, то есть при наземном ядерном взрыве площадь этого района занимает несколько квадратных километров. При высотном ядерном взрыве гамма-кванты проходят сотни километров до полной потери энергии из-за большой разреженности воздуха, то есть район источника ЭМИ значительно больше: диаметр до 1600 км, а глубина до 20 км. Его нижняя граница находится на высоте около 18 км. Большие размеры района источника ЭМИ при высотном ядерном взрыве приводят к поражению электромагнитным импульсом в местах, где не действуют другие поражающие факторы этого ядерного взрыва. И такие районы могут отстоять от места взрыва на тысячи километров. Показательным примером подобного случая является проведение ядерных испытаний в атмосфере в августе 1958 г. В момент произведенного США термоядерного взрыва за пределами атмосферы над островом Джонстон в 1000 км от эпицентра взрыва, на Гавайях, погасло уличное освещение. Это произошло в результате воздействия ЭМИ на линии электропередач, которые сыграли роль протяженных антенн. Аналогичные явления наблюдались и при ранее проведенных воздушных взрывах, но с такими масштабами воздействия ЭМИ люди встретились впервые, так как впервые был произведен взрыв за пределами атмосферы.

Величина ЭМИ в зависимости от степени асимметрии взрыва может быть разной: от десятков до сотен киловольт на метр антенны, в то время как чувствительность обычных входных устройств составляет несколько десятков или сотен микровольт. Так, при наземном ядерном взрыве мощностью в 1 Мт напряженность поля на расстоянии 3 км составляет 50 кВ/м, а на расстоянии 16 км - до 1 кВ/м. При высотном взрыве той же мощности напряженность поля составляет 1000 кВ/м. Так как время нарастания ЭМИ составляет миллиардные доли секунды, то обычные электронные системы могут не обеспечить защиту работающего в момент действия ЭМИ электронного оборудования, которое получит огромную перегрузку и может выйти из строя. Поскольку энергия ЭМИ распределена в широком диапазоне частот, то в лучшем положении находится радиоаппаратура, работающая в узком частотном диапазоне. Защитными мероприятиями против ЭМИ являются: соединение аппаратуры подземными кабельными линиями, экранирование проводов вводов и выводов, заземление и экранирование всей аппаратуры. Но полное экранирование постоянно действующей аппаратуры связи выполнить невозможно.

Воздействие ЭМИ может привести к выходу из строя электро- и радиотехнических элементов, связанных с антеннами и длинными линиями связи, из-за появления значительных токов (разности потенциалов), которые наводятся и распространяются на десятки и сотни километров от места взрыва, то есть за пределами действия других поражающих факторов. Если через эти зоны будут проходить линии указанной длины, то наведенные в них токи будут распространяться за пределы указанных зон и выводить из строя аппаратуру, особенно ту, что работает при малых напряжениях (на полупроводниках и интегральных схемах), вызывать короткие замыкания, ионизацию диэлектриков, портить магнитные записи, лишать памяти ЭВМ (табл. 6.4).По этой же причине могут быть выведены из строя системы оповещения, управления и связи, установленные в убежищах. Поражение людей из-за воздействия ЭМИ может возникнуть при контакте с токоведущими объектами.

Космические объекты могут быть выведены из строя из-за наводок, возникающих в токопроводящих областях корпуса от жесткого из лучения (когда из-за появления потока свободных электронов возникает импульс тока). Напряженность на корпусе космического объекта может достичь 1 млн В/м. Ядерный взрыв мощностью 1 Мт может вывести из строя незащищенный спутник, находящийся в радиусе 25 тыс. км от места взрыва.

Таблица 6.4

Радиусы зон, км, в которых наводятся напряжения при наземных и низких воздушных ядерных взрывах

Примечание. Числителем показаны радиусы зон, в которых наводятся потенциалы до 10 кВ, а знаменателем - до 50 кВ.

Наиболее надежным способом защиты аппаратуры от воздействия ЭМИ может оказаться экранирование блоков и узлов аппаратуры, но в каждом конкретном случае надо найти наиболее эффективные и экономически допустимые методы защиты (оптимальное пространственное размещение, заземление отдельных частей системы, применение специальных устройств, препятствующих перенапряжению). Так как импульс тока от ЭМИ действует в 50 раз быстрее, чем разряд молнии, то обычные разрядники здесь малоэффективны.

Рис. 6.4. Зоны очага ядерного поражения

В результате ядерного взрыва образуется очаг ядерного поражения (ОчЯП) - территория, на которой под действием ядерного взрыва возникают массовые разрушения, пожары, завалы, заражения местности и жертвы. Площадь очага поражения (рис. 6.4) с достаточной точностью определяется площадью круга с радиусом, равным зоне слабых разрушений, то есть расстоянием, на котором наблюдается избыточное давление 10 кПа (0,1 кг/см²). Эта граница определяется мощностью, видом и высотой взрыва, характером застройки.

Для приблизительного сравнения радиусов зон поражения при ядерных взрывах различной мощности можно использовать формулу

гдеR₁ и R₂ - радиусы зон поражения, м; q₁ и q₂ - мощности соответствующих ЯБП, кт.

Таким образом, ОчЯП характеризуется:

q массовым поражением всего живого;

q разрушением и повреждением наземных объектов;

q частичным разрушением, завалом или повреждением ЗС ГО;

q возникновением отдельных, сплошных или массовых пожаров;

q образованием завалов в жилых районах и на ОЭ;

q возникновением массовых аварий на энергокоммунальных сетях;

q образованием районов, полос или пятен РЗ на местности.