Effets des explosions nucléaires

Un Américain essai nucléaire.

L'énergie libérée par une arme nucléaire a explosé dans le troposphère peut être divisé en quatre catégories de base:

• Haut-40-50% de l'énergie totale
• Rayonnement thermique 30-50% de l'énergie totale
• Les rayonnements ionisants-5% de l'énergie totale
• Rayonnement résiduel 5-10% de l'énergie totale

Toutefois, en fonction de la conception de l'arme et l'environnement dans lequel il est fait exploser l'énergie distribuée à ces catégories peut être augmenté ou diminué au point d'annulation. L'effet de souffle est créée par d'immenses quantités d'énergie, couvrant la spectre électromagnétique, avec l'environnement. Sites tels que sous-marin, surface, airburst ou exo-atmosphérique déterminent combien d'énergie est produite que BLAST et combien sous forme de rayonnement. En général, les médiums plus denses autour de la bombe, comme l'eau, absorber plus d'énergie, et de créer une onde de choc plus puissants tout en limitant en même temps la zone de son effet.

Les effets dominants d'une arme nucléaire où les gens sont susceptibles d'être affectés (haut et le rayonnement thermique) sont dégâts mécanismes physiques identiques à conventionnelle explosifs. Cependant l'énergie produite par un explosif nucléaire est des millions de fois plus puissants par gramme et les températures atteintes sont brièvement dans les dizaines de millions de degrés.

L'énergie d'un explosif nucléaire est initialement libéré en plusieurs formes de rayonnement pénétrant. Quand il se agit d'un matériau environnant tel que l'air, de roche, ou de l'eau, ce rayonnement et interagit avec elle chauffe rapidement à une température d'équilibre. Cela provoque la vaporisation du matériau résultant dans son expansion rapide environnante. L'énergie cinétique créée par cette expansion contribue à la formation d'une onde de choc. Quand une explosion nucléaire se produit dans l'air près du niveau de la mer, une grande partie de l'énergie libérée interagit avec l'atmosphère et crée une onde de choc qui se dilate sphérique de l'hypocentre. Rayonnement thermique intense à l'hypocentre forme une boule de feu et si l'explosion est suffisamment faible, ce est souvent associé champignon atomique. Dans un élan à des altitudes élevées, où la densité de l'air est faible, plus d'énergie est libérée sous rayonnements ionisants gamma et rayons X à une atmosphère déplacer onde de choc.

En 1945, il y avait une certaine spéculation initiale entre les scientifiques en développement les premières armes nucléaires qu'il pourrait y avoir une possibilité d'enflammer l' atmosphère de la Terre avec une grande explosion nucléaire suffisant. Cela concerne une réaction nucléaire de deux atomes d'azote formant un carbone et un atome d'oxygène, avec libération d'énergie. Cette énergie se échauffe l'azote assez pour garder la réaction aller jusqu'à ce que tous les atomes d'azote ont été consommés restant. Cela a été, cependant, rapidement montré assez peu susceptible d'être considéré comme impossible . Néanmoins, la notion a persisté comme une rumeur depuis de nombreuses années.

Les effets directs

Explosion dommages

gammes de surpression de 1 à 50 psi d'un 1 kilotonne de TNT air éclatent en fonction de la hauteur d'éclatement. La courbe noire mince indique la hauteur d 'éclatement optimal pour une gamme de sol donné.

Une estimation de la taille des dommages causés par la Bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki. Une bombe à hydrogène moderne serait des dizaines de fois plus puissant et causer des niveaux similaires de dommages à 2-5 fois la distance.

Les températures et des pressions élevées provoquent gaz de se déplacer radialement vers l'extérieur dans une coquille mince et dense appelé "l'avant hydrodynamique." Les actes avant comme un piston qui pousse contre et comprime le milieu environnant pour faire une expansion sphérique onde de choc. Dans un premier temps, cette onde de choc est à l'intérieur de la surface de la boule de feu en développement, qui est créé dans un volume d'air par rayons X les. Cependant, en une fraction de seconde, le front de choc dense obscurcit la boule de feu, provoquant la double impulsion caractéristique de la lumière vu d'une explosion nucléaire. Pour les salves d'air à ou près de niveau de la mer entre 50 à 60% de l'énergie de l'explosion entre dans l'onde de choc, selon la taille et la rapport rendement-poids de la bombe. En règle générale, la fraction de l'explosion est plus élevé pour un faible rendement et / ou masse à haute bombe. En outre, il diminue à haute altitude, car il ya moins de masse d'air pour absorber l'énergie de rayonnement et le convertir en explosion. Cet effet est plus important pour des altitudes supérieures à 30 km, correspondant à <1 pour cent de la densité de l'air au niveau de la mer.

Une grande partie de la destruction causée par une explosion nucléaire est due à des effets de souffle. La plupart des bâtiments, à l'exception des structures renforcées ou résistant aux explosions, subiront des dégâts modérés à graves lorsqu'elles sont soumises à des surpressions de seulement 35,5 kilopascals (kPa) (5,15 livres-force par pouce carré ou 0,35 atm).

Le vent de l'explosion peut dépasser mille kilomètres par heure. La plage de l'effet de souffle augmente avec la puissance explosive de l'arme et dépend de l'altitude d'éclatement aussi. Contrairement à ce qu'on pourrait attendre de la géométrie la gamme de l'explosion ne est pas maximale pour surface ou à faible altitude explosions mais augmente avec l'altitude jusqu'à une "altitude de la rafale optimale», puis décroît rapidement pour des altitudes plus élevées. Cela est dû au comportement non linéaire des ondes de choc. Si l'onde de choc atteint le sol, il se reflète. En dessous d'un certain angle de réflexion l'onde réfléchie et l'onde directe fusionnent et forment une vague horizontale renforcée, la tige dite Mach (nommé d'après Ernst Mach). Pour chaque but surpression il ya une certaine hauteur d 'éclatement optimale à laquelle l'étendue de l'explosion est maximisée. Dans un élan d'air typique, où la gamme de souffle est maximisée pour 5 à 20 psi (35 à 140 kPa), ces valeurs de surpression et de la vitesse du vent a noté ci-dessus prévaudra à une distance de 0,7 km pour une kilotonnes (kt) de rendement TNT; 3,2 km pour 100 kt; et 15,0 km pour 10 mégatonnes (Mt) de TNT.

Deux phénomènes simultanés, distinctes sont associées à l'onde de choc dans l'air:

• Surpression statique, ce est à dire, la forte augmentation de la pression exercée par l'onde de choc. La surpression à un moment donné est directement proportionnelle à la densité de l'air dans la vague.
• Pressions dynamiques, ce est à dire, traînée exercée par le souffle des vents nécessaires pour former l'onde de choc. Ces vents poussent, sèche et objets lacrymogènes.

La plupart des dommages matériels causés par un jet d'air nucléaire est causé par une combinaison des surpressions statiques élevées et les vents de souffle. La longue compression de l'onde de choc affaiblit structures, qui sont ensuite déchirés par les vents de souffle. Les phases de compression, vide et glisser ensemble peuvent durer plusieurs secondes ou plus, et exercer des forces de nombreuses fois supérieure à la plus forte ouragan .

Agissant sur le corps humain, les ondes de choc provoquent des ondes de pression à travers les tissus. Ces vagues endommagent la plupart des jonctions entre les tissus de différentes densités ( os et muscle) ou l'interface entre le tissu et l'air. Les poumons et le cavité abdominale, qui contiennent de l'air, sont particulièrement blessé. Les dégâts provoque hémorragies graves embolies ou aériennes, soit de ce qui peut être rapidement fatale. La surpression estimée à endommager les poumons est d'environ 70 kPa. Certains tympans seraient probablement rompre environ 22 kPa (0,2 atm) et la moitié seraient rupture entre 90 et 130 kPa (0,9 à 1,2 atm).

Explosion Winds: Les énergies de traînée des vents fourneaux sont proportionnels aux cubes de leurs vitesses multiplié par la durée. Ces vents peuvent atteindre plusieurs centaines de kilomètres par heure.

Le rayonnement thermique

Mushroom hauteur des nuages sur le rendement en fonction des explosions au sol.
Avions commerciaux 0 = Environ altitude fonctionnent
1 = Homme Gros
2 = Castle Bravo.

Les armes nucléaires émettent de grandes quantités de rayonnement électromagnétique visible ou infrarouge et la lumière ultraviolette. Les risques principaux sont les brûlures et les yeux blessures. Par temps clair, ces blessures peuvent se produire bien au-delà va explosion. La lumière est si puissant qu'il peut provoquer des incendies qui se propagent rapidement dans les débris laissés par l'explosion. La gamme des effets thermiques augmente nettement avec le rendement de l'arme. Le rayonnement thermique représente de 35 à 45% entre de l'énergie libérée par l'explosion, selon le rendement du dispositif.

Il existe deux types de lésions oculaires du rayonnement thermique d'une arme:

Flash cécité est causée par le flash brillant initial de lumière produite par la détonation nucléaire. Plus d'énergie lumière est reçue sur la rétine que peut être toléré, mais moins que ce qui est nécessaire pour des lésions irréversibles. La rétine est particularité sensibles à la lumière infrarouge de longueur d'onde visible et courte, puisque cette partie de la spectre électromagnétique est focalisé par la lentille sur la rétine. Le résultat est le blanchiment des pigments visuels et temporaire cécité jusqu'à 40 minutes.

Brûlures visibles sur une femme à Hiroshima pendant l'explosion, des couleurs plus sombres de son kimono au moment de la détonation correspondent à des brûlures clairement visible sur la peau toucher parties du vêtement exposé à un rayonnement thermique. Depuis kimonos ne sont pas raccord forment vêtements, certaines parties ne ont pas été en contact direct avec sa peau sont visibles que les pauses dans le motif. Ainsi que les zones de montage strictes approchant la taille où le motif est beaucoup plus défini.

Une brûlure de la rétine entraînant des dommages permanents de cicatrices est aussi causée par la concentration de l'énergie thermique directe sur la rétine par la lentille. Il se produit uniquement lorsque la boule de feu est en fait dans le champ de vision de la personne et serait une blessure relativement rare. Brûlures de la rétine, cependant, peuvent être maintenus à une distance considérable de l'explosion. La taille apparente de la boule de feu, en fonction du rendement et la gamme va déterminer le degré et l'étendue de la cicatrisation de la rétine. Une cicatrice dans le champ visuel central serait plus débilitante. Généralement, une anomalie du champ visuel limité, ce qui sera à peine perceptible, est tout ce qui est susceptible de se produire.

Lorsque le rayonnement thermique frappe un objet, une partie sera reflétée, une partie transmise, et le reste absorbé. La fraction qui est absorbée dépend de la nature et de la couleur du matériau. Un matériau mince peut transmettre beaucoup. Un objet de couleur claire peut refléter une grande partie du rayonnement incident et échapper ainsi des dommages. Le rayonnement thermique absorbé augmente la température de la surface et se traduit par de plomb, par carbonisation, et la combustion de bois, le papier, les tissus, etc. Si le matériau est un conducteur thermique médiocre, la chaleur est confinée à la surface du matériau.

Allumage réelle des matériaux dépend de la durée de l'impulsion thermique dure et l'épaisseur et la teneur en humidité de la cible. Près de Ground Zero où le flux d'énergie dépasse 125 J / cm², ce qui peut brûler, Will. Plus loin, les matériaux seulement le plus facilement inflammable seront flamme. Effets incendiaires sont aggravés par les incendies secondaires ouvertes par les effets des ondes de choc tels que des poêles et fours bouleversé.

En Hiroshima, une formidable tempête de feu développé dans les 20 minutes après la détonation et détruit de nombreux autres bâtiments et des maisons. Une tempête de feu a coups de vent de force de soufflage vers le centre de l'incendie de tous les points de la boussole. Il ne est pas, cependant, un phénomène particulier à des explosions nucléaires, ayant été fréquemment observé dans les grands incendies de forêt et à la suite des raids incendiaires pendant la Seconde Guerre mondiale .

Parce que le rayonnement thermique se déplace plus ou moins en ligne droite de la boule de feu (à moins dispersés) tout objet opaque produira une ombre protectrice. Si le brouillard ou de brume diffuse la lumière, il la chaleur choses de toutes les directions et le blindage sera moins efficace, mais le brouillard ou de la brume nuirait aussi à la portée de ces effets.

Les effets indirects

Impulsion électromagnétique

Les rayons gamma provenant d'une explosion nucléaire à haute énergie produisent des électrons à travers Diffusion Compton. Ces électrons sont capturés dans le champ magnétique de la terre, à des altitudes entre vingt et 40 km, où ils résonnent. Le courant électrique oscillant produit un ensemble cohérent impulsion électromagnétique (EMP) qui dure environ une milliseconde. Les effets secondaires peuvent durer plus d'une seconde.

L'impulsion est assez puissant pour provoquer des objets métalliques longues (tels que les câbles) à agir comme des antennes et de générer haute tensions lorsque l'impulsion passe. Ces tensions, et la forte associée courants, peuvent détruire l'électronique non blindés et même de nombreux fils. Il n'y a pas d'effets biologiques connues de EMP. L'air ionisé perturbe également le trafic radio qui seraient normalement rebondir sur le ionosphère.

On peut protéger l'électronique en les enveloppant complètement maille conductrice, ou toute autre forme de Cage de Faraday. Bien sûr radios ne peuvent pas fonctionner lorsque blindé, car les ondes radio de diffusion ne peuvent pas les atteindre.

Rayonnement ionisant

Environ 5% de l'énergie libérée dans une rafale d'air nucléaire est sous la forme de rayonnement ionisant: neutrons, les rayons gamma, les particules alpha, et les électrons se déplacent à une vitesse incroyable, mais avec des vitesses différentes qui peuvent être encore loin de la vitesse de la lumière (particules bêta). Les neutrons résultent presque exclusivement de la fission et de des réactions de fusion, tandis que le rayonnement gamma qui comprend initiale résultant de ces réactions, ainsi que celui résultant de la désintégration des produits de fission à vie courte.

L'intensité du rayonnement nucléaire initiale diminue rapidement avec la distance du point de rafale parce que le rayonnement se étend sur une plus grande surface qui se déplace loin de l'explosion. Il est également réduite par l'absorption et la diffusion atmosphériques.

Le caractère du rayonnement reçu à un emplacement donné varie également avec la distance à partir de l'explosion. Près du point de l'explosion, l'intensité de neutrons est supérieure à l'intensité de rayons gamma, mais avec une distance croissante le rapport neutron-gamma diminue. En fin de compte, l'élément de rayonnement de neutrons initiale devient négligeable par rapport à la composante gamma. La plage des niveaux significatifs de rayonnement initial ne augmente pas notablement avec le rendement de l'arme et, en conséquence, du rayonnement initial est moins d'un danger avec un rendement croissant. Avec de plus grands armes, plus de cinquante kt (200 TJ), de souffle et effets thermiques sont d'autant plus grande importance que les effets de rayonnement rapides peuvent être ignorés.

Le rayonnement neutronique sert de transmuter la matière environnante, souvent rendant radioactifs. Lorsqu'il est ajouté à la poudre de matière radioactive dégagée par la bombe elle-même, une grande quantité de matières radioactives est libéré dans l'environnement. Cette forme de contamination radioactive est connu comme retombées nucléaires et pose le principal risque d'exposition aux rayonnements ionisants pour une grande arme nucléaire.

Tremblement de terre

L'onde de pression d'une explosion souterraine va se propager à travers le sol et causer un mineur tremblement de terre . La théorie suggère qu'une explosion nucléaire pourrait déclencher faute rupture et provoquer un grand tremblement de terre à des distances à quelques dizaines de kilomètres du point de tir.

Résumé des effets

Le tableau suivant résume les effets les plus importants des explosions nucléaires sous certaines conditions.

¹⁾ Pour les effets des rayonnements directs entre la place de la gamme de sol oblique est montré ici, parce que certains effets ne sont pas donnés même à zéro pour certaines hauteurs éclatement. Si l'effet se produit à zéro la distance du sol peut être simplement dérivée de la distance oblique et l'altitude éclater ( de théorème de Pythagore ).

²⁾ "syndrome d'irradiation aiguë" correspond ici à une dose totale d'un gris, "mortelle" à dix gris. Notez que ce ne est qu'une estimation approximative puisque les conditions biologiques sont négligés ici.

D'autres phénomènes

Comme la boule de feu se élève dans l'air immobile, il prend la configuration d'écoulement d'un anneau tourbillonnaire avec corps incandescent dans le coeur du vortex comme on le voit dans certaines photographies. A l'explosion de bombes nucléaires décharges de foudre se produisent parfois. Non liés à l'explosion elle-même, il ya souvent traînées de fumée vu sur les photos des explosions nucléaires. Ceux-ci sont formés à partir de la fumée roquettes lancés avant la détonation électroluminescentes. Les traînées de fumée sont utilisées pour déterminer la position de l'onde de choc, qui est invisible, dans les millisecondes après la détonation par réfraction de la lumière, ce qui provoque une rupture optique dans les traînées de fumée que l'onde de choc passe. Un fizzle se produit si le réaction nucléaire en chaîne ne est pas soutenue suffisamment longtemps pour provoquer une explosion, ou si l'explosion est de beaucoup moins d'énergie que prévu. Ceci peut se produire si, par exemple, le rendement de la matière fissile utilisée est trop faible, les explosifs autour de compression fissiles ratés de matériel ou la initiateur de neutrons échoue.