مراحل انفجار هسته ای

در اثر يك انفجار هسته اي، گوي آتشين بسيار گرمي توليد مي شود كه دماي نوك قله ي آن به 10 ميليون كلوين مي رسد . . .

انرژی حاصل از گوی آتش به اندازه‌ای است که کلیه مواد آن ‌سوی خود را شعله ور می‌کند. شدت روشنایی گوی آتش به حدی است که باعث کوری دائم و یا موقت خواهد شد. حضور ساختمان‌ها و تجهیزات مي‌تواند مانع از اثرات حرارتی شود و یا از شدت آن بکاهد. پرتودهی حرارتی معادل 8 کالری بر سانتی‌متر مربع به عنوان مقداری در نظر گرفته مي‌شود که باعث مرگ و میر 50 درصد افراد در اثر سوختن حاصل از گوی آتشین مي‌گردد. در جدول زیر فواصلی که این حد آستانه برای قدرت‌های گوناگون رخ مي‌دهد آورده شده است:

 

جدول (2-2)-  فاصله تقریبی برای مرگ و میر ناشی از شعاع حرارتی

 

10

1

1/0

0

قدرت بر حسب کیلوتن

1800

610

200

60

فاصله برحسب متر (مرگ 50%

 

تشعشعات هسته‌اي بوجود آمده بسیار خطرناک بوده و به محض انفجار بمب در تمام نقاط پخش می‌شود. اين تشعشعات شامل چهار دسته مي‌باشد:

 

·           آلفا: این ذره برد و قدرت نفوذ کمتری نسبت به سایر ذرات دارد و توسط یک ورق کاغذ یا پارچه یا پوست انسان متوقف می‌شود.

·      بتا: این ذره از ذرات آلفا قدرت نفوذ بیشتری دارد ولی دارای برد کمتری می‌باشد و توسط یک صفحه فلزی با ضخامت بیش از سه میلی‌متر متوقف می‌شود.

·      گاما: این اشعه مانند امواج رادیویی دارای برد بسیار زیادی می‌باشد , قدرت نفوذ و تخریب این اشعه بسیار زیاد است. یک لایه ۱۵ سانتی‌متری بتن یا یک لایه ۲۰ سانتی‌متری خاک فقط نیمی از این اشعه را می‌گیرد و همان نیمی دیگر اثرات زیانبار خود را بر جای خواهد گذاشت.

·      نوترون: نوترون نیز مانند گاما هم بسیار زیانبار است هم دارای برد بسیار زیاد می‌باشد و هم قدرت نفوذ و تخریب بسیار زیادی دارد. با این تفاوت که نوترون ذره است و گاما اشعه و اثر تخریبی آن در موجودات زنده بیشتر است تا اشیاء.

وقوع انفجار هسته‌اي باعث تولید یک پالس تشعشع قوی اولیه مي‌شود.  هم‌چنين باعث توليد و رها شدن پرتوهای گاما و ذرات نوترون مي‌گردد. پرتوهای تولید شده در اولین دقیقه بعد از انفجار به عنوان پرتوزایی اولیه شناخته مي‌شود و حاصل واپاشی هسته‌های ناپایدار تولید شده در اثر انفجار است. تشعشع بعد از این زمان را پرتوزایی تاخیری یا تشعشع باقیمانده می‌نامند. دوز 4 گري[1] ، مقدار دوز حاد تقریبی است که در طیّ دو ماه باعث مرگ 50 درصد جامعه در صورتی که درمان نشوند خواهد شد[2]. این دوز، معادل دوز 3 گری است كه در وسط بدن وجود داشته باشد. دوزهای کمتر نیز مي‌تواند باعث مرگ و میر به علت سایر آسیب‌ها (شعاع حرارتی و موج انفجار) گردد. این مقدار برای افرادی محاسبه شده است که هیچ حفاظی نداشته باشند و مستقیماً در برابر تابش قرار گرفته‌اند. وجود ساختمان‌ها خود به منزله یک حفاظ در برابر پرتوها عمل می‌نماید. فاصله‌ای که در آن دوز حاد 4 گری دریافت می‌گردد بستگی به قدرت سلاح هسته‌اي و طراحی آن خواهد داشت.

برای یک قدرت معین، میزان دوز جذب شده بر حسب فاصله سریعـاً افزایش پیدا می‌کنـد، به طوری‌که فاصله‌ای (از محل انفجار) که در آن دوز جذب شده 20 گری، دریافت می‌گردد، فقط 75% فاصله‌ای است که در آن میزان دوز جذبی برابر 4 گری است.

پرتوزایی تأخیری به تشعشعی اطلاق مي‌گردد که پس از پرتوزایی شدید و پالس اولیه حاصل از انفجار بمب هسته‌اي ظاهر مي‌شود. این پرتوزایی تأخیری که باعث افزایش پرتوزایی در محدوده محل انفجار مي‌گردد، در اثر تزریق حجم عظیمی از مواد رادیواکتیو به اتمسفر و جوّ  ایجاد ‌شده و باعث ریزش اتمی (مواد رادیواکتیو) در فواصل دور از محل انفجار مي‌گردد. الگوی ریزش اتمی تابعی از قدرت انفجار، ارتفاع انفجار و شرایط آب و هوایی منطقه است. در جدول (2-3) فواصل مربوط به جذب دوز 4 گری  در هوای آزاد برای پرتوزای اولیه چندین قدرت مختلف ارائه شده است:

                                                                                                           

جدول (2-3)-  فواصل تقریبی مربوط به دز 4 گری از پرتوزایی اولیه

 

10

1

1/0

01/0

قدرت برحسب کیلوتن

1200

790

460

250

فاصله برحسب متر

 

نتایج محاسبات ریزش اتمی در جدول (2-4) بر اساس فرضیات انفجار در سطح زمین و شرایط آب و هوایی عادی تهیه شده است.

 

جدول (2-4)-  فاصله لازم برای دوز جذبی 4 گری حاصل از پرتوزایی تاخیری در اولین ساعت پس از انفجار

 

10

1

1/0

0

قدرت برحسب کیلوتن

9600

5500

2750

1270

فاصله برحسب متر

 

مقادیر دوز تخمینی جذب شده برای سلاح‌های هسته‌اي در قدرت‌های مختلف برای سه شعاع متفاوت در جدول (2-5) آورده شده است. از این جدول مشخص مي‌گردد که نزدیک شدن به محل انفجار آن­هم بلافاصله بعد از انفجار اتمي بسیار مخاطره آمیز است. باید توجه داشت که ریزش اتمی بلافاصلـه رخ نمي‌دهد و مدت زمانی طول می‌کشد تا آن‌ها توسط باد و در مسیر جریان باد منتقل گردند. به عنوان مثال در جدول (2-4) دوز جذبی در فاصله 9600 متری حاصل از انفجاري با قدرت 10 کیلوتن در 24 دقیقه پایانی ساعت اول انفجار حاصل مي‌گردد، یعنی 36 دقیقه زمان لازم است تا ذرات رادیواکتیو به این فاصله برسند. این زمان مي‌تواند برای انجام اقدامات پیشگیرانه برای کاهش اثرات ریزش اتمی در نظر گرفته شود.

 

جدول (2-5)-  دوز جذبی تاخیری در اولین ساعت پس از انفجار

 

10000 متر

2000 متر

1000 متر

قدرت بر حسب کیلوتن

001/0

5/1

7/6

01/0

1/0

3/8

38

1/0

6/0

47

210

1

5/3

260

1200

10

 

2-1-5-1-   تشکیل حفره حاصل از انفجار

انفجار یک بمب در سطح زمین باعث جا به جایی خاک و تشکیل شدن یک حفره بزرگ مي‌شود. ابعاد حفره به ارتفاع بمب از سطح زمين در هنگام انفجار، قدرت انفجار و ساختار مکانیکی خاک بستگی دارد. جداول زير ابعاد حفره ایجاد شده و میزان نفوذ را در اثر انفجارهای با قدرت‌هـای مختلف را در سطح زمین نشان داده است. شعاع حفره بر حسب ساختار و استحکام خاک مي‌تواند تغییر كند.

 

جدول (2-6) – شعاع حفره ایجاد شده برای انفجار هسته‌اي سطحی در خاک نرم و خشک

 

10

1

1/0

01/0

قدرت بر حسب کیلوتن

40

20

10

5

شعاع بر حسب متر

 

در خاک مرطوب، انفجاری به قدرت 1 کیلوتن شعاعی به اندازه 25 متر درست می‌نماید در حالی‌که در خاک خشک شعاع حفره ایجاد شده 15 متر خواهد بود. زمانی‌که انفجار در نزدیکی سطح و يا زیر زمین رخ مي‌دهد شعاع حفره ایجاد شده به عمق انفجار بستگی خواهد داشت.




[1]  – دز جذب شده در سطح بافت بدن با علامت اختصاري  Gy

[2]  L/D50/60


2-1-5-1-    شوک زمینی

انفجار هسته‌اي علاوه بر موج، تولید یک شوک زمینی نیز می‌نماید. این شوک مي‌تواند تاسیسات و ساختمان‌ها را تخریب کند. شوک زمینی همراه با موج انفجار، علت اصلی تخریب زیرساخت‌های محلی هستند. خسارات وارده برای مدت زمانی بعد از انفجار، شاید حدود چند هفته یا چند ماه قابل تعمیر نمي‌باشد. گاهی ایزوله کردن نواحی تخریب شده ضروری است تا زمانی‌که نواحی نزدیک آن‌ها ترمیم و آماده گردد.

اگر تراکم زياد جمعیتی را درنظر بگيريم تعداد افراد تأثیر گرفته از اثرات آنی و سریع انفجار هسته‌اي مي‌تواند بسیار بیشتر شود. وجود تراکم جمعیتی[1] زياد، مي‌تواند تلفات حاصل از سوختن در یک شعاع کوچک نزدیک  محل وقوع انفجار را هم بيشتر كند (مانند ساختمان‌های تجاری در ساعات اداری) حتی یک انفجار با قدرت كم در حدود 01/0 کیلوتن در چنین مناطق پرجمعیتی مي‌تواند باعث مرگ هزاران نفر در اثر تشعشع اولیه حاصل از انفجار گردد.

فاصله‌اي كه منجر به مرگ و میر حاصل از تشعشع اولیه انفجار برای قدرت 01/0 کیلوتن مي‌شود، برابر 200 متر است. جداول زیر خلاصه‌ای از مطالب مطرح شده در این قسمت را ارائه می‌نماید.

در جدول (2-9) نيز، خلاصه‌ای از اثرات مهم انفجار تسلیحات هسته‌اي برای چند فاصله مختلف ارائه شده است.

مهمترین اثرات آنی یک انفجار هسته‌اي، پرتوزایی بالای اولیه و حرارت سوزاننده آن می‌باشد. برای انفجارهای هسته‌اي کوچک، افرادی که در معرض مستقیم حرارت بالا ولی غیر کشنده انفجار قرار می‌گیرند، ممکن است در حد کشنده‌ای دوز حاصل از پرتوزایی بالای اولیه آن را دریافت نمایند.

با افزایش قدرت در حد 1 کیلوتن، حرارت سوزاننده از پرتوزایـی بالای اولیه تاثیر گذارتر مي‌شود و عامل اول مـرگ و میـر مي‌گردد. در قدرت 10 کیلوتن، شعاع کشنده حرارت از شعاع کشنده پرتوزایی اولیه بزرگتر مي‌شود.




[1]  – میانگین گیری افراد در چند کیلومتر مربع


با توجه به این بحث، می­توان نتیجه­گرفت که طیف حاصل از انواع تلفات آن (سوختـن، پرتوگیـری و…) برای سلاح‌های هسته‌اي کم قدرت، بستگی به قدرت سلاح دارد و صدمات حاصل از پرتوگیری، مهمترین صدمات به شمار مي‌روند. برای قدرت‌های بیشتر، آسیب‌های ایجاد  شده بر اثر انواع خاصی از جراحت، بیشترین تلفات را شامل مي‌شود.

نواحی مشخص شده برای اثرات مختلف، دایره‌هایی به شعاع‌ برابر با فواصل تعیین شده در جدول مربوطه هستند که محل انفجار در اين نتايج، مرکز دایره‌ها می‌باشد. در اين تحلیل‌ها فرض شده است که هیچ حفاظ یا ساختمانی وجود ندارد. تنها موردی که منطقه تأثیر گذاری آن تقارن ندارد، ریزش اتمی است که مکان وقوع آن به جهت و سرعت باد بستگی پیدا می‌نماید. همان‌گونه که قبلاً گفته شده است برای حادثه ریزش اتمی بر حسب مکان وقوع آن، یک زمان تأخیری نیز وجود خواهد داشت.

ابر تشکیل شده از انفجار، خطرات شدیـدی برای پرسنل و افراد درون هواپیماهای عبوری از منطقـه ایجاد می‌نماید. لذا باید توسط سیستم اطلاع رسانی، اطلاعات مورد نياز به مردم و سیستم ناوبری هوایی منطقه داده شود. افراد درون هواپیماها در این مناطق در معرض دوز کشنده قرار می­گیرند.


برگرفته از كتاب: " مديريت بحران در حوادث هسته اي " نوشته ي مهندس رضا بدريان