Efectos de explosiones nucleares

Un Americano prueba nuclear.

La energía liberada por un arma nuclear detonada en el troposfera se puede dividir en cuatro categorías básicas:

• Explosión-40-50% de la energía total
• Radiación térmica 30-50% de la energía total
• La radiación ionizante, el 5% de la energía total
• Radiación residual 5.10% de la energía total

Sin embargo, dependiendo del diseño del arma y el medio ambiente en el que se detonó la energía distribuida a estas categorías se pueden aumenta o disminuye hasta el punto de anulación. El efecto de la explosión es creado por inmensas cantidades de energía, que abarcan el espectro electromagnético, con el entorno. Lugares como submarino, superficie, explosión en el aire, o exo-atmosférica determinan cuánta energía se produce como explosión y lo mucho que la radiación. En general, los medios más densos alrededor de la bomba, como el agua, absorber más energía, y crear ondas de choque más potentes mientras que al mismo tiempo que se limita el área de su efecto.

Los efectos dominantes de un arma nuclear donde las personas son susceptibles de ser afectados (explosión y la radiación térmica) son mecanismos de daño físicas idénticas a convencional explosivos. Sin embargo, la energía producida por un explosivo nuclear es millones de veces más potentes por gramo y las temperaturas que se alcanzan son brevemente en las decenas de millones de grados.

La energía de un explosivo nuclear se libera inicialmente en varias formas de radiación penetrante. Cuando hay un material circundante, tal como aire, roca, o agua, esta radiación interactúa con y rápidamente se calienta a una temperatura de equilibrio. Esto provoca la vaporización del material resultante en su rápida expansión circundante. La energía cinética creado por esta expansión contribuye a la formación de una onda de choque. Cuando se produce una detonación nuclear en el aire cerca del nivel del mar, gran parte de la energía liberada interactúa con la atmósfera y crea una onda de choque que se expande esférica del hipocentro. La intensa radiación térmica en el hipocentro forma un bola de fuego y si la explosión es lo suficientemente baja, su a menudo asociados hongo atómico. En un arranque en altitudes elevadas, donde la densidad del aire es baja, más energía se libera como radiación ionizante gamma y rayos X de una atmósfera desplazando la onda de choque.

En 1945 hubo cierta especulación inicial entre los científicos que desarrollan las primeras armas nucleares de que podría haber una posibilidad de ignición de la atmósfera de la Tierra con una gran explosión nuclear suficiente. Esto afectaría a una reacción nuclear de dos átomos de nitrógeno forman un carbono y un átomo de oxígeno, con liberación de energía. Esta energía se calentaría el nitrógeno restante suficiente para mantener la reacción va hasta que se consumieron todos los átomos de nitrógeno. Esto fue, sin embargo, muestra rápidamente a ser lo suficientemente poco probable que se consideraba imposible . Sin embargo, la noción ha persistido como un rumor durante muchos años.

Los efectos directos

Daño de Explosión

Rangos de sobrepresión de 1 a 50 psi de un 1 kilotones de TNT aire revientan como una función de la altura de reventar. La curva de negro delgada indica la altura ráfaga óptima para un rango de tierra dada.

Una estimación del tamaño de los daños causados por la Bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki. Una bomba de hidrógeno moderno sería decenas de veces más poderoso y causan niveles similares de daño a 5.2 veces la distancia.

Las altas temperaturas y presiones causan gas a moverse hacia afuera radialmente en una delgada, cáscara densa llamada "la parte delantera hidrodinámico." Los actos delanteros como un pistón que empuja contra y comprime el medio circundante para hacer una esféricamente expansión onda de choque. Al principio, esta onda de choque se encuentra dentro de la superficie de la bola de fuego en desarrollo, que se crea en un volumen de aire por los rayos-X. Sin embargo, dentro de una fracción de un segundo la densa frente de choque oscurece la bola de fuego, haciendo que la característica de doble pulso de luz visto desde una detonación nuclear. Para ráfagas de aire en o cerca del nivel del mar entre el 50-60% de la energía de la explosión entra en la onda expansiva, dependiendo del tamaño y la relación rendimiento-peso de la bomba. Como regla general, la fracción de explosión es mayor para bajo rendimiento y / o de masas de alta bomba. Además, disminuye a altas altitudes porque hay menos masa de aire para absorber energía de la radiación y convertirla en explosión. Este efecto es más importante para altitudes por encima de 30 km, correspondiente a <1 por ciento de la densidad del aire a nivel del mar.

Gran parte de la destrucción causada por una explosión nuclear se debe a efectos de la explosión. La mayoría de los edificios, excepto estructuras reforzadas o resistentes a explosiones, sufrirán daños de moderados a severos cuando se somete a sobrepresiones de sólo 35.5 kilopascales (kPa) (5,15 libra-fuerza por pulgada cuadrada o 0,35 atm).

La onda expansiva puede exceder de mil km / h. El rango para efectos de la explosión aumenta con la potencia explosiva de la arma y también depende de la altitud de ráfaga. Contrariamente a lo que uno podría esperar de la geometría de la gama explosión no es máxima para la superficie o de baja altitud explosiones, pero aumenta con la altitud hasta una "altitud ráfaga óptima" y luego disminuye rápidamente para altitudes superiores. Esto es debido al comportamiento no lineal de ondas de choque. Si la onda expansiva llega al suelo se refleja. Por debajo de un determinado ángulo de reflexión la onda reflejada y la onda directa se funden y forman una onda horizontal reforzada, el llamado vástago Mach (el nombre de Ernst Mach). Para cada sobrepresión meta hay una cierta altura ráfaga óptima a la cual se maximiza el rango de explosión. En una ráfaga de aire típico, donde el rango de explosión se maximiza durante 5 a 20 psi (35 a 140 kPa), estos valores de sobrepresión y la velocidad del viento se señaló anteriormente prevalecerá en un intervalo de 0,7 km para 1 kilotones (kt) de TNT rendimiento; 3,2 kilometros de 100 kt; y 15,0 kilometros para 10 megatoneladas (Mt) de TNT.

Dos distintas, fenómenos simultáneos están asociados con la onda expansiva en el aire:

• Sobrepresión estática, es decir, el fuerte incremento de la presión ejercida por la onda de choque. La sobrepresión en cualquier punto dado es directamente proporcional a la densidad del aire en la onda.
• Presiones dinámicas, es decir, arrastre ejercida por la explosión vientos necesarios para formar la onda expansiva. Estos vientos empujan, secadora y objetos de lágrimas.

La mayor parte de los daños materiales causados por una ráfaga de aire nuclear es causada por una combinación de las altas sobrepresiones estáticas y los vientos hornos. El tiempo de compresión de la onda expansiva debilita las estructuras, que luego son destrozadas por los vientos hornos. Las fases de compresión, de vacío y arrastrar juntos pueden durar varios segundos o más, y ejercer fuerzas muchas veces mayor que el más fuerte huracán .

Actuando sobre el cuerpo humano, las ondas de choque causan ondas de presión a través de los tejidos. Estas ondas principalmente dañan uniones entre tejidos de diferentes densidades ( hueso y muscular) o la interfaz entre el tejido y el aire. Los pulmones y el cavidad abdominal, que contienen aire, son particularmente herido. El daño causa hemorrágicos o aire severas embolias, cualquiera de los cuales puede ser rápidamente mortal. La sobrepresión estimado a dañar los pulmones es de aproximadamente 70 kPa. Algunos tímpanos probablemente romperse alrededor de 22 kPa (0,2 atm) y la otra mitad se la ruptura entre 90 y 130 kPa (0,9 a 1,2 atm).

Explosión Winds: Las energías de arrastre de los vientos hornos son proporcionales a los cubos de sus velocidades, multiplicado por las duraciones. Estos vientos pueden alcanzar varios cientos de kilómetros por hora.

La radiación térmica

Mushroom altura de las nubes en función de rendimiento para las explosiones subterráneas.
Aviones comerciales 0 = Aprox altitud operan
1 = Hombre Gordo
2 = Castillo Bravo.

Las armas nucleares emiten grandes cantidades de radiación electromagnética visible, infrarroja y la luz ultravioleta. Los principales riesgos son quemaduras y oculares lesiones. En los días claros, estas lesiones pueden ocurrir mucho más allá de los rangos explosión. La Luz es tan poderoso que puede provocar incendios que se propagan rápidamente en los escombros dejados por la explosión. La gama de efectos térmicos aumenta notablemente con el rendimiento arma. Cuentas de radiación térmica entre el 35-45% de la energía liberada en la explosión, dependiendo en el rendimiento del dispositivo.

Hay dos tipos de lesiones en los ojos de la radiación térmica de un arma:

Ceguera flash es causada por el brillante destello inicial de la luz producida por la detonación nuclear. Más energía de la luz se recibe en la retina que se puede tolerar, pero menos que se requiere para la lesión irreversible. La retina es la particularidad susceptible a la luz infrarroja de longitud de onda visible y corto, ya que esta parte de la espectro electromagnético es enfocada por la lente sobre la retina. El resultado es la decoloración de los pigmentos visuales y temporal ceguera para un máximo de 40 minutos.

Las quemaduras visibles en una mujer en Hiroshima durante la explosión, los colores más oscuros de su kimono en el momento de la detonación se corresponden con quemaduras claramente visibles en partes tocar la piel de la prenda expuesta a la radiación térmica. Desde kimonos no se forman atuendo apropiado, algunas partes no estaban tocando directamente su piel son visibles como interrupciones en el patrón. Así como las áreas más ajustados se aproximan a la línea de la cintura donde el patrón está mucho más definida.

Una quemadura de la retina lo que resulta en un daño permanente de la cicatrización también es causada por la concentración de energía térmica directa en la retina por la lente. Será sólo se producen cuando la bola de fuego es en realidad en el campo de la persona de visión y sería una lesión relativamente infrecuente. Quemaduras de retina, sin embargo, pueden ser sostenidos a distancias considerables de la explosión. El tamaño aparente de la bola de fuego, una función del rendimiento y la gama determinará el grado y extensión de la cicatrización de la retina. Una cicatriz en el campo visual central sería más debilitante. Generalmente, un defecto del campo visual limitado, que será apenas perceptible, es todo lo que es probable que ocurra.

Cuando la radiación térmica choca contra un objeto, parte se reflejará, parte transmite, y el resto absorbido. La fracción que se absorbe depende de la naturaleza y el color del material. Un material delgado puede transmitir mucho. Un objeto de color claro puede reflejar la mayor parte de la radiación incidente y escapar así daños. La radiación térmica absorbida eleva la temperatura de la superficie y los resultados en abrasador, carbonización, y la quema de madera, papel, telas, etc. Si el material es un conductor térmico pobre, el calor se limita a la superficie del material.

Ignición real de los materiales depende de la duración del pulso térmico y el contenido de humedad y el espesor de la meta. Cerca de la zona cero, donde el flujo de energía es superior a 125 J / cm², lo que puede quemar, lo hará. Más lejos, los materiales sólo los más fáciles de encender se llama. Efectos incendiarios se ven agravados por los incendios secundarios iniciadas por los efectos de las olas explosión como la de estufas y hornos de malestar.

En Hiroshima, una tremenda tormenta de fuego se desarrolló dentro de los 20 minutos después de la detonación y destruyó muchos más edificios y viviendas. Una tormenta de fuego tiene vientos con fuerza de tormenta que soplan en dirección al centro del fuego desde todos los puntos cardinales. No es, sin embargo, un fenómeno peculiar de las explosiones nucleares, que se ha observado con frecuencia en grandes incendios forestales y de las incursiones incendiarias durante la Segunda Guerra Mundial .

Debido a que la radiación térmica viaja más o menos en línea recta desde la bola de fuego (a menos dispersa) cualquier objeto opaco producirá una sombra protectora. Si la niebla o neblina dispersa la luz, se calientan las cosas desde todas las direcciones y blindaje será menos eficaz, pero la niebla o neblina también disminuiría el alcance de estos efectos.

Los efectos indirectos

Pulso electromagnético

Los rayos gamma de una explosión nuclear producen alta energía los electrones a través de Dispersión Compton. Estos electrones son capturados en el campo magnético de la tierra, a altitudes de entre veinte y cuarenta kilómetros, donde resuenan. La corriente eléctrica oscilante produce un coherente impulso electromagnético (EMP), que dura alrededor de una milésima de segundo. Los efectos secundarios pueden durar más de un segundo.

El pulso es lo suficientemente potente como para hacer que los objetos metálicos largos (como cables) para actuar como antenas y generar alta voltajes cuando pasa el pulso. Estas tensiones, y el alto asociado corrientes, pueden destruir la electrónica no blindados e incluso muchos cables. No hay efectos biológicos conocidos del EMP. El aire ionizado también interrumpe el tráfico de radio que normalmente rebotar en el ionosfera.

Uno puede proteger la electrónica envolviéndolos completamente en de malla conductora, o cualquier otra forma de Jaula de Faraday. Por supuesto radios no pueden operar cuando blindado, porque las ondas de radio de difusión no pueden llegar a ellos.

Radiación ionizante

Alrededor del 5% de la energía liberada en una ráfaga de aire nuclear es en la forma de radiación ionizante: neutrones, rayos gamma, partículas alfa, y los electrones que se mueven a una velocidad increíble, pero con diferentes velocidades que pueden ser todavía muy lejos de la velocidad de la luz (partículas beta). Los neutrones resultado casi exclusivamente a partir de la fisión y reacciones de fusión, mientras que la radiación gamma inicial incluye la derivada de estas reacciones, así como la que resulta de la descomposición de los productos de fisión de vida corta.

La intensidad de la radiación nuclear inicial disminuye rápidamente con la distancia desde el punto de explosión debido a la radiación se extiende sobre un área más grande a medida que viaja lejos de la explosión. También se reduce por la absorción y la dispersión atmosférica.

El carácter de la radiación recibida en una ubicación dada también varía con la distancia desde la explosión. Cerca del punto de la explosión, la intensidad de neutrones es mayor que la intensidad gamma, pero al aumentar la distancia la relación de neutrones gamma disminuye. En última instancia, el componente de neutrones de la radiación inicial se convierte en insignificante en comparación con el componente gamma. El rango de niveles significativos de radiación inicial no aumenta marcadamente con el rendimiento de arma y, como resultado, la radiación inicial se convierte en menos de un peligro con el aumento de rendimiento. Con armas más grandes, por encima de cincuenta kt (200 TJ), explosión y efectos térmicos son mucho mayores en importancia de que los efectos de la radiación demora pueden ser ignorados.

La radiación de neutrones sirve para transmutar la materia circundante, a menudo haciéndolo radiactivo. Cuando se añade al polvo de material radiactivo liberado por la propia bomba, una gran cantidad de material radiactivo se libera en el medio ambiente. Esta forma de contaminación radiactiva se conoce como lluvia radiactiva y plantea el riesgo principal de exposición a las radiaciones ionizantes para un arma nuclear grande.

Terremoto

La onda de presión de una explosión subterránea se propagará a través de la tierra y causar un menor terremoto . La teoría sugiere que una explosión nuclear podría provocar ruptura de la falla y causar un gran terremoto en las distancias dentro de unas pocas decenas de kilómetros del punto de disparo.

Resumen de los efectos

El siguiente cuadro resume los efectos más importantes de las explosiones nucleares bajo ciertas condiciones.

¹⁾ A los efectos directos de la radiación se muestra la distancia oblicua en lugar del alcance sobre el terreno, ya que algunos efectos no se dan incluso en la zona cero para algunas alturas de ráfaga. Si el efecto se produce en la zona cero del rango de tierra simplemente se puede derivar de distancia oblicua y altitud ráfaga ( teorema de Pitágoras ).

²⁾ "síndrome de radiación aguda" corresponde aquí a una dosis total de una gris, "letal" para diez grises. Tenga en cuenta que esto es sólo una estimación aproximada ya que las condiciones biológicas se descuidan aquí.

Otros fenómenos

A medida que la bola de fuego se eleva a través todavía el aire, toma el modelo de circulación de un anillo de vórtice con material incandescente en el centro del vórtice como se ve en cierta fotografías. En la explosión de las bombas nucleares se producen a veces las descargas atmosféricas. No se relaciona con la explosión en sí misma, a menudo hay estelas de humo se ven en las fotografías de las explosiones nucleares. Éstos se forman a partir de cohetes emisión de humo lanzado antes de la detonación. Los senderos de humo se utilizan para determinar la posición de la onda de choque, que es invisible, en los milisegundos después de la detonación a través de la refracción de la luz, lo que provoca una ruptura óptica en las estelas de humo a medida que pasa la onda de choque. Un fiasco se produce si la reacción nuclear en cadena no se mantiene el tiempo suficiente para causar una explosión, o si la explosión es de mucha menos energía de lo esperado. Esto puede suceder si, por ejemplo, el rendimiento del material fisionable utilizado es demasiado bajo, los explosivos de compresión alrededor material fisible fallo de encendido o el iniciador de neutrones falla.