б) расстояния освещаемой поверхности от центра взрыва;
в) состояния атмосферы в момент взрыва;
г) вида взрыва (наземный или воздушный).
Световой импульс обычно выражается в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2).
Количество световой энергии, излучаемой за секунду с одного квадратного сантиметра светящейся поверхности, зависит от ее температуры. Интенсивность излучения, как известно, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры поверхности источника излучения. Такая зависимость означает, что, если температура увеличится вдвое, светимость возрастет в 16 раз, повышение температуры втрое вызовет рост светимости в 81 раз и т. д. Количество энергии, излучаемой каким-либо нагретым телом, прямо пропорционально площади его поверхности и времени свечения. Таким образом, чем больше размер светящейся сферы и длительнее излучение, тем больше выделяется световой энергии.
С увеличением расстояния от источника излучения величина светового импульса быстро уменьшается. Согласно известному физическому закону величина светового импульса обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника световой энергии до освещаемой поверхности. Это значит, что при увеличении расстояния в два раза световой импульс уменьшается в четыре раза и т. д.
Например, по данным иностранной печати, при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн на различных расстояниях от эпицентра взрыва, когда ослаблением светового излучения в атмосфере можно пренебречь, световые импульсы будут равны: на расстоянии одного километра — 56 кал/см2, двух — 14 кал/см2, трех — 6,2 кал/см2, четырех — 3,5 кал/см2 и пяти километров — 2,2 кал/см2. Для того чтобы определить значение световых импульсов для любого другого калибра бомбы на этих расстояниях, нужно указанные выше импульсы помножить на отношение тротилового эквивалента, выбранного к 20 000.
Таковы были бы импульсы, если бы световая энергия не ослаблялась в атмосфере. Однако практически при прохождении световой энергии сквозь атмосферу всегда происходит ее ослабление в той или иной степени. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Прежде всего установим, в каких областях спектра излучается наибольшее количество световой энергии при атомном взрыве. Это можно определить, если известна температура поверхности огненного шара в каждый момент времени. Тогда о взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн можно сказать следующее:
1) несмотря на то что в первые моменты после взрыва (первая стадия развития) температура поверхности огненного шара очень велика, доля излучаемой световой энергии за это время составляет примерно всего один процент. Это объясняется тем, что время сохранения такой большой температуры у огненного шара очень мало (тысячные доли секунды);
2) почти вся световая энергия при атомном взрыве излучается огненным шаром на последующей (второй) стадии его развития. При этом основная доля световой энергии (80–85 процентов) излучается за первую секунду после взрыва, а остальная часть (20–15 процентов) — в промежутке от 1 до 3 секунд (последняя стадия развития огненного шара);
3) зная, за какой промежуток времени (от 0,01 до 1 секунды) излучается основная доля световой энергии при атомном взрыве, можно легко установить, какие температуры поверхности в этот промежуток времени имеет огненный шар. Измерения показывают, что это будут температуры в пределах от 2000 до 7000–8000 градусов. В печати указывалось, что если известна температура поверхности шара, то по формулам светотехники нетрудно определить распределение энергии по спектру (см. табл.).
| Температура поверхности шара (градусы Кельвина) | Ультрафиолетовое излучение (проценты) | Видимое излучение (проценты) | Инфракрасное излучение (проценты) |
|---|---|---|---|
| 2000 | — | 1,5 | 98,5 |
| 4000 | 2 | 28 | 70 |
| 6000 | 13 | 45 | 42 |
| 8000 | 32 | 43 | 25 |
Из таблицы видно, что в спектре светового излучения огненного шара при атомном взрыве имеются все три части светового спектра. Однако температура поверхности шара, когда выделяется основная доля светового излучения, не превышает 8000 градусов Кельвина. Следовательно, в спектре больше всего содержится видимых и инфракрасных излучений. С некоторым приближением можно считать, что в среднем спектр огненного шара при атомном взрыве напоминает спектр Солнца.
На распространение светового излучения значительное влияние оказывает состояние атмосферы в момент атомного взрыва. Световая энергия, как известно, поглощается и рассеивается молекулами воздуха, что вызывает ослабление светового импульса. Различные части спектра (ультрафиолетовое, инфракрасное и видимое излучения) по-разному поглощаются воздухом. Молекулы воздуха сильно поглощают ультрафиолетовые лучи и почти совсем не поглощают видимые и инфракрасные лучи. Появление в воздухе водяных паров вызывает сильное поглощение определенной части инфракрасного излучения. Это особенно будет проявляться над морем.
Хотя количество водяного пара в атмосфере невелико (самое большее 4 процента), все же он является главной причиной возникновения дымки, туманов и облаков, из которых выпадают осадки в виде дождя и снега. При наличии в атмосфере тумана, дождя и снега, а также пыли и дыма происходит значительное ослабление светового импульса. Величина его может уменьшиться в этом случае в несколько раз.
Поражающее действие светового излучения на людей, находящихся вне убежищ, определяется величиной светового импульса, продолжительностью его воздействия, положением человека по отношению к взрыву и качествами одежды.
Световое излучение в первую очередь воздействует на открытые части тела — кисти рук, лицо, шею, а также глаза. Однако при значениях светового импульса более 3–5 кал/см2 возможны ожоги частей тела, прикрытых тонкой и плотно прилегающей одеждой. Ожоги могут возникнуть не только от прямого воздействия светового излучения на тело человека, но также и в результате воспламенения одежды или появления очагов пожаров, образовавшихся в результате атомного взрыва.
По внешнему виду ожоги от светового излучения атомного взрыва не отличаются от обычных ожогов. При прямом воздействии светового излучения происходит только односторонний ожог освещенной поверхности тела.
По тяжести поражения тканей различают ожоги первой, второй и третьей степеней. Ожог первой степени сопровождается покраснением кожи и некоторой болезненностью. При подобных ожогах рук, лица, шеи работоспособность в значительной мере сохраняется, и люди, получившие их, могут принимать участие в аварийно-технических работах. Ожог первой степени возникает при световом импульсе в 2–4 кал/см2 и в условиях хорошей погоды может быть получен на расстояниях до 3,5–4 километров от места взрыва бомбы.
Ожоги второй степени характеризуются образованием пузырей и требуют специального лечения. Возникновение их возможно при значениях светового импульса более 5 кал/см2 на расстояниях до 2,5 километра от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн. Ожоги третьей степени сопровождаются образованием язв, омертвением кожи и подкожных тканей. Такие ожоги возникают при значениях световых импульсов свыше 10 кал/см2 и в условиях хорошей видимости могут быть получены на расстояниях до 1,5 километра от места атомного взрыва.
На близких расстояниях от центра взрыва (в пределах до 1 километра) при световом импульсе в 20 кал/см2 происходит обугливание открытых освещенных частей тела. При ожогах третьей степени и обугливании люди нуждаются в длительном лечении.
Изучением последствий атомных взрывов над японскими городами установлено, что люди могут получить ожоги участков тела, закрытых одеждой. Степень ожогов зависела от характера одежды, ее цвета, толщины и даже от плотности прилегания к телу. Люди в темной одежде получали более сильные ожоги, чем в белой или светлой. Отмечены случаи, когда на теле человека образовывались сильные ожоги в местах, расположенных под темным узором одежды, тогда как остальные части тела, прикрытые белым материалом, совершенно не пострадали. Свободная одежда из плотного материала светлых тонов является хорошей защитой от светового излучения. Японские солдаты, одетые в форму цвета хаки, не получили ожогов тела под одеждой, хотя находились вне укрытий на расстоянии 1,5 километра от места взрыва.
Световое излучение может поражать глаза и ослеплять человека на значительных расстояниях от места взрыва. Особенно вредно действуют на глаза яркая вспышка и ультрафиолетовые лучи в первые моменты после атомного взрыва. В результате такой вспышки может наступить временная потеря зрения даже на больших расстояниях от места взрыва.
В момент вспышки атомного взрыва необходимо отвернуться в противоположную сторону, зажмуриться и прикрыть глаза руками. Защитой от светового излучения может служить любая непрозрачная преграда, желательно из негорючего материала. Брезентовая одежда хорошо предохраняет тело от ожогов. Наиболее надежную защиту дают убежища любого типа с перекрытием, полностью исключающие прямое воздействие светового излучения.
Поражающее воздействие светового излучения на различные материалы проявляется в нагреве, обугливании или воспламенении освещенных поверхностей. Степень нагрева освещенной поверхности зависит от величины светового импульса, падающего на объект, цвета, формы, физических свойств и толщины материала.
При одном и том же значении светового импульса различные материалы нагреваются по-разному. Хорошо отполированные поверхности отражают до 80–90 процентов падающего на них излучения и нагреваются значительно меньше, чем шероховатые. Белые или светлые материалы также отражают бóльшую часть падающих на них лучей, а темные, наоборот, поглощают и, следовательно, быстрее загораются. Так, обыкновенная черепица поглощает до 70 процентов всей лучистой энергии, черные тела — до 85–90 процентов,