第二节 核武器的四种杀伤因素

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第二节 核武器的四种杀伤因素
核爆炸瞬间产生的巨大能量，形成光辐射、冲击波、早期核辐射和放射性沾染四种杀伤破坏因素。前三种因素的作用时间，均在爆炸的几秒至几十秒之内，故称为瞬时杀伤因素（instantaneous killing factor）。放射性沾染的作用时间长，可持续几天，几周或更长时间，以其放射性危害人员健康，因此称为剩余核辐射（recidual unclear radiation）。此外，由核爆炸释放的γ射线，使空气分子电离，形成核电磁脉冲(nuclear electro-magnetic pulse)，它的作用时间不到一秒钟。主要是破坏或干扰电子和电气设备，尚未发现对人畜有杀伤作用。
在30km高度以下大气层中的核爆炸，上述四种杀伤破坏因素在爆炸总量所占比例大致为：光辐射35％，冲击波50％，早期核辐射5％，放射性沾染10％。但由于核武器种类、当量和爆炸环境的不同，能量分配的比例会有很大的差异。例如中子弹的早期核辐射（主要是高能中子）的能量比例可高达40％～80％，其它杀伤因素的能量比例则显著降低。
一、光辐射
（一）光辐射的形成
光辐射（light radiation）是核爆炸瞬间产生的几千万度的高温火球，向四周辐射的光和热、光辐射也称热辐射(thermal radiaion)。
（二）光辐射的主要性质
1．能量释放：光辐射能量释放有两个脉冲。第一脉冲为闪光阶段，持续时间极短，所释放的能量仅为光辐射总能量的1％～2％，主要是紫外线。这阶段不会引起皮肤损伤，但有可能引起视力障碍。第二脉冲为火球阶段，持续时间可达几秒至几十秒，所释放的能量占光辐射总量的98％～99％，主要是红外线和可见光，是光辐射杀伤破坏作用的主要阶段。
2．光冲量：光冲量（radiant exposure）是徇衡量光辐射杀伤破坏作用的主要参数。光冲量是指火球在整个发光的时间内，投射到与光辐射传播方向相垂直的单位面积上的能量，单位是焦耳·每平方米或焦耳·每平方厘米（j·m-2、j·cm-2)。
3．光辐射的传播：光辐射具有普遍光的特性，在大气中是以光速（3×108m·s-1）呈直线传播。传播中，受到大气中各种介质的反射、散射和吸收、强度逐渐被削减，但能透过透明物体发生作用。
二、冲击波
（一）冲击波的形成
核爆炸形成的高温高压火球，猛烈向外膨胀，压缩周围的空气层，形成一个球形的空气密度极高的压缩区。随着压缩压的迅速向外运动，其后形成一个球形的低于正常大气压的稀疏区。两个区域紧密相连，在介质中迅速传播，形成了核爆炸的冲击波（blast wave）（图2-5）。
     
图2-5 冲击波形成及运行模式图
（二）冲击波的主要性质
1．冲击波的压力：冲击波的压力有超压（overpressure）、动压（dynamic pressure）以及负压（underpressure，negative pressure）三种。压缩区内超过正常大气压的那部分压力称为超压；高速气流运动所产生的冲击压力称为动压。波阵面上的超压和动压最大，分别称为超压峰值和动压峰值。以单位面积所承受的压力表示，其单位是帕斯卡（简称帕，符号pa，1pa＝1n·m2，1kpa＝7.501mmhg）。稀疏区内低于正常大气压的那部分压力称为负压。冲击波的杀伤破坏作用主要是由超压和动压造成的，而负压的作用较小。
2．冲击波的传播：冲击波传播的规律与声波相同。压力越大，传播越快，最初速度可达每秒数公里。以后随着传播距离渐远，压力渐小，则速度渐慢，当压力降至正常大气压时，冲击波就变成声波而消失。
3．冲击波的作用时间：冲击波到达某一距离所需的时间，称为冲击波的到达时间。冲击波到达某一点，压力从开始上升至达峰值所需的时间，称为压力上升时间。超压持续作用的时间，称为正压作用时间。压力上升时间越短，正压作用时间越长，则杀伤破坏作用就越强，反之则越弱。
三、早期核辐射
（一）早期核辐射的形成
早期核辐射（initial unclear radiation）是核爆炸特有的一种杀伤因素，又称贯穿辐射（penetrating radiation），是核爆炸后最初十几秒钟内产生的γ射线和中子流。
（二）早期核辐射的主要性质
1．传播速度快：γ射线以光速传播；中子传播速度由其能量决定，最大可接近光速。
2．作用时间短：核裂变和聚变中子以及氮俘获产生的γ射线。作用时间不到半秒钟；裂变碎片γ射线，因碎片多为半衰期短，衰变快，又随火球、烟云上升，因此不论当量大小，早期核辐射对地面目标的作用，时间多为十几秒钟以内。
3．能发生散射：早期核辐射最初基本上呈直线传播，但在传播过程中与介质相碰撞可发生散射，运动方向呈杂乱地射向目标物。
4．贯穿能力强，但能被介质减弱：早期核辐射的贯穿能力强，但在通过各种介质时均会不同程度地被吸收而减弱，各种物质对早期核辐射的减弱能力通常用物质的半减弱层表示。半减弱层是指早期核辐射减弱一半所需的物质的层厚度。从表2-2中可见14cm厚的土层，能将早期核辐射减弱50％。另外不同物质对不同种类射线的减弱能力是不同的。
表2-2 某些物质对早期核辐射的半减弱层
辐射        半减弱层（cm）
        土壤        混凝土        木材        水        铁
γ射线        14.0        10.0        30.0        20.0        3.2
中子        13.