揭开核武器神秘面纱：核爆炸的防护

　　核爆炸有五种杀伤破坏因素，即冲击波、光辐射（也称热辐射）、瞬时核辐射、剩余核辐射（也称放射性沾染）和核电磁脉冲。有人还提出第六种破坏因素，是指大规模核战争的结果会严重影响气候和环境的变化，科学家称为“核冬天”效应。因为大量热能吸起的微尘和引起的大火浓烟，会长期遮蔽阳光，地球好象笼罩在寒冬之中，使农业减产，动植物和人类面临生存威胁。五种杀伤破坏因素中主要的是冲击波和光辐射，它们各占核爆炸能量的比例，随武器的性质和爆炸的高度而稍有差异。

　　原子弹爆炸所释放的能量中，约有三分之一是以光辐射的形式放出来。这和普通炸弹很不相同。普通炸弹爆炸时，释放的能量不大，爆炸区的温度只有几千度，而且灼热的气体的体积也很小，虽然也有很短时间（约千分之一秒）的光辐射，但实际上可以忽略。而在原子弹爆炸的情况下，由于以光辐射的形式发射的能量很大，以致光辐射成为原子弹的主要毁坏因素和杀伤因素之一。

一般原子弹空爆爆炸能量分配图

　　当原子弹在空中爆炸后，除了爆炸产物外，周围的空气也因受热使温度升高达几十万度，在这样的超高温影响下，发生了一系列极其复杂的物理过程。其结果是，在很短的时间内（约百分之几至十分之几秒）形成一个直径约100米的大火球，这时火球表面的温度比太阳表面的温度还高（太阳表面温度约6000度），从火球表面辐射的光和热，就是我们所说的光辐射。光辐射以光的速度向四周传播，立刻就到达了很远的地方。大部分的光辐射在爆炸后三秒钟以内发射出去，约过了十几秒钟光景，由于火球温度降低，光辐射就差不多不起作用了。

　　光辐射的杀伤破坏主要取决于光冲量的大小。它的主要作用是着火燃烧，对人员的不同烧伤等级的参考距离见下图。

不同当量光辐射伤害剂量等级范围

　　烧伤分三度四等：

　　一度只伤表皮；二度伤及整个表皮及真皮层；三度伤及皮肤全层以至皮下组织。

　　一等为轻度烧伤–––二度烧伤面积10％以下；二等为中度烧伤–––二度烧伤面积10～20％，或三度烧伤面积在5％以下；三等为重度烧伤–––二度烧伤面积20～50％，或三度烧伤面积在5～30％之间；四等为极重度烧伤–––二度烧伤面积在50％以上，或三度烧伤面积在30％以上。

　　光辐射在对人员的烧伤范围内都可能引起房屋、庄稼着火燃烧，从而加重破坏效应。

　　人眼最容易受光辐射伤害，即便是1万吨TNT当量的核爆炸，视网膜不受损伤的安全距离大于50公里，闪光盲安全距离大于100公里。

　　防光辐射的主要措施是披遮白色反光物。碉堡、地下工事当然不怕燃烧。人的眼睛最怕光辐射，暴露的人首先是闭眼，其他烧伤比较容易治疗。

　　核爆炸时间极短，只有百万分之几秒，而释放出来的能量巨大，这就使得爆炸中心的温度上升达几百万甚至几千万度，整个原子弹变成了蒸汽；爆炸中心的最大压强也高达十几亿甚至数百亿大气压。这样高的温度和压强下的蒸汽，迅速地向四周膨胀，强烈地压缩周围的空气层而形成冲击波。冲击波以超音速从爆炸中心向四周扩散，压力随距离而很快下降。下图是核爆冲击波随距离衰减对人员造成不同等级伤害的半径及超压值。

不同当量冲击波超压伤害等级范围

　　冲击波摧毁房屋、建筑和工程设施，可以抛出人体、损伤器官而造成伤亡。对人员的冲击伤害分成四个等级：

　　一等为轻度冲击伤：器官一般损伤，体表擦伤，内脏斑点状出血等。

　　二等为中度冲击伤：器官严重损伤，大片软组织挫伤，内脏斑块状出血，单纯性肋骨骨折，脑震荡等。

　　三等为重度冲击伤：内脏破裂，骨折，较明显的肺出血，肺水肿等。

　　四等为极重度冲击伤：同时发生多处严重损伤，包括严重的胪脑、脊髓损伤，胸、腹腔破裂，内脏挤压伤，以致肢体离散等。

　　对建筑物破坏：超压大于0.2大气压时，中等程度破坏，如主要承重结构出现严重裂缝，甚至倒塌。

　　对装甲的破坏：装甲车辆一般在冲击波动压0.1大气压、超压达0.5大气压以上时，外部装备会遭到破坏。爆炸当量大，作用时间长，需要的动压值小。如在1800米高空250万吨TNT当量核爆炸时，距爆心投影点1～1.8公里的坦克，在2～2.7个大气压的动压下操作机构均遭到损坏。而在1.2万吨TNT当量的触地核爆炸时，距爆心300米处的坦克，在3.9个大气压的动压下，操作机构才遭到破坏。

　　防冲击波的主要办法是修筑工事。大概说来，距离爆炸0.2公里的地方，砖瓦建筑会受到相当大的破坏，而钢筋混凝土筑成的防空掩蔽部即使离爆炸零点很近，也不致受破坏。爆心近区作业，在地下碉堡里就安全无恙。两公里以外的楼房对一般原子弹爆炸也是比较安全的。人防工事都可以防冲击波。

　　瞬时核辐射指的是核爆炸后一分钟内释放的核辐射，也称早期核辐射。在释放的许多种辐射中只有中子和g射线才具有重要的毁伤意义。瞬时核辐射占总能量的5%。但能量高，不带电，贯穿力强，故又称贯穿辐射。中子辐射组分是在核爆炸发生的最初几微秒中由弹头裂变和聚变过程产生的中子。g辐射主要来自裂变反应和裂变产物的衰变。一分钟以后火球远离地面，这时由于空气的屏蔽将使直接从火球发射出的g辐射对地面目标不会产生毁伤效应。

　　瞬时核辐射是核爆瞬时放出的中子、g射线。它对建筑物不起破坏作用，但对人畜和电子系统有明显的杀伤作用。它可引起人畜感生放射性病，也可使电子系统致盲或失灵。

早期核辐射的杀伤作用

　　瞬时核辐射对人员的伤害程度，取决于人员受照射的吸收剂量，也与受照射的者的健康状况有关。吸收剂量的单位为戈瑞，射线在1公斤物质中产生1焦耳电离能的剂量为1戈瑞。短期内受到照射超过1戈瑞后才能发生急性放射病。急性放射病分为轻度、中度、重度和极重度四级，其吸收剂量范围和效果如下：

急性放射病等级及效果

　　不同当量瞬时照射发生急性放射病的范围不同，图2.25给出2万吨和50万吨核爆炸当量瞬时照射各等级急性放射病的范围。

　　战时军用允许照射剂量的水平还要低。在24小时内无害照射应在0.05戈瑞以下，中等照射不超过0.2戈瑞，急性照射不得超过0.5戈瑞。

　　对核爆瞬时辐射的防护，主要是采取“挡”的办法。屏蔽g主要是加大屏蔽物的质量，屏蔽中子主要考虑低原子序数的物质和捕获中子能力很强的物质，如镉和硼。防中子有半米厚的混凝土就够了；5厘米厚的钢铁可使中子剂量降低一半。防g最好是铅砖；最方便是土层，10厘米的土层可使g剂量减半。在三层楼房的地下室里，对中子、g都是安全的。

核爆炸瞬时照射急性放射病剂量范围

　　剩余核辐射主要是降落下来的裂变碎片，其次是早期核辐射的中子、g射入地表物质里感生的放射性粒子。所以又称放射性沾染。它约占核爆总能量的10%。沾染粒子可渗入几厘米的土层，难于清除，散布范围广，而且有的寿命很长。这些放射性粒子的半衰期可从几分之一秒到几百万年不等。但短半衰期的最多，所以沾染区剂量下降很快。主要放出b和g射线。b射线用一般木板都可挡住，g则要用含铅物质。放射性沾染危险性虽不大，但很讨厌。要通过放射性沾染地段必须穿防护服。

　　下图是1万吨TNT当量核爆炸后1小时的放射性沾染区放射性射线照射量的强度分布图。

原子爆炸放射性沾染照射量强度分布

　　图中“伦”（即伦琴）是射线照射量的单位。射线穿过1立方厘米空气产生电离的离子电量为1静电单位时的照射量，称为1伦琴。照射量指的是光子，其概念涉及到离子对的产生。前面讲的吸收剂量的单位是戈瑞，它的概念着眼于物质所接受的能量，适用于任何可以产生电离的辐射。各种物质吸收能量的本领不同，且与射线能量的高低有关。对人体组织来说，当射线能量大于0.15MeV小于1.5MeV时，1戈瑞相当于100伦。个人吸收剂量的战时标准是，军人全身照射每次小于0.5戈瑞。由此换算，则军人全身照射每次小于50伦。如果通过200米的放射性沾染区，需要15分钟，这个沾染区剂量率小于200伦/时，就可以通过。按图2.26中的射线照射量强度分布，绕爆心200米以外通过是完全可以的。

　　核爆电磁脉冲能量很小，一般原子弹爆炸约占总能量的千分之一，可说没什么影响。但在高空爆炸时，其作用会对电子学系统造成破坏和干扰。

　　若是纯聚变武器，所谓干净氢弹，则很少或没有剩余辐射。其早期核辐射的比例不变，冲击波和光辐射的比例增加到95%。它的四种杀伤破坏因素均在爆后几秒至几十秒内起作用，所以这四种因素称为瞬时杀伤破坏因素。尽管杀伤破坏半径与当量有关，但最严重的也不会超过一、二十公里。

　　一般2万吨TNT当量的原子弹采取空中爆炸方式，零后千万分之一秒即发射g和中子；百万分之一秒弹体燃烧升温到百万度，形成X射线火球，继续发射g和中子。零后约2秒，火球熄灭，冲击波传到1公里以外；零后约10秒，早期核辐射结束；10秒钟后冲击波传到4公里以外；零后约7分钟，烟云达到稳定高度。核爆炸的毁伤效应发展很快。

　　认识了核爆炸杀伤破坏因素的规律，人们就可采取有效防护措施，减轻它的破坏程度。例如，利用地下建筑、民防工事，以及地形、地物等，都可起到较好的防护效果。

　　俄国原子能部1998年出版的《苏联核试验》(中译本）一书，介绍了美军和苏军在核试验条件下进行军事演习的情况。苏军1954年9月4日在核爆条件下进行了一次军事演习。原子弹爆炸威力4万吨，加强型战壕和用石灰粉刷过的壕沟全都完好无损。在1.8公里以外停放的飞机和载重汽车均没有受到损坏。放在爆心地面的小狗、绵羊等动物全被烧焦，掩蔽部内的所有动物仍然活着。2公里以外的各种动物，安全无恙，核爆似乎对它们不起作用。5公里以外的所有村庄保持完好。苏联这次演习非同一般，由国防部部长朱可夫元帅亲自指挥，邀请中国朱德元帅参加观摩，有各军兵种45000人参加演习，使他们学习了解了庞大的科研任务、战斗任务和教学课程。这是苏联破天荒的第一次，也是唯一的一次。美国这种演习进行过8次以上。1946年的“十字街行动”，在比基尼岛演习两次，核爆2.3万吨，有42000军人参加。1951年至1957年的“沙漠岩石行动”，在内华达试验场的核试验中，举行了8个阶段的军事训练，总共有55000多名军人参加。1956年美国空军的“红翼”行动，在核试验爆炸烟云的辐射环境中，进行了多次穿梭飞行演练。这些军事演习说明核爆炸是可以防护的，单靠核武器是不能最后取得战争的胜利的。

　　日本的广岛和长崎，在毫无防护的条件下，遭到了毁灭性破坏，这是可以想象的。可是也并不像某些宣传说的那样，寸草不生，永无人烟，成为人类的禁区。事实上日本人民并没有被原子弹吓倒，他们在核废墟的基础上，消除污染，治疗疾病，重建家园。今天的长崎、广岛，依然是风景秀丽，生机昂然，一片欣欣向荣的景象。

　　《苏联核试验》书中的统计，至1996年签订《全面禁止核试验条约》为止，全球历经了2049次核试验（见表2.3），爆炸了2398个核装置。其中美国核爆炸总威力共计一亿九千三百万吨（大气层中15465万吨，地下3835万吨）；苏联核爆炸总威力共计二亿八千五百四十万吨（大气层中24720万吨，地下3820万吨）。苏联核爆炸总当量约是美国的1.5倍。

　　两国超级大国核爆炸总当量之和，相当于四亿七千八百四十万吨TNT炸药，是长崎与广岛上空核爆炸威力的一万三千多倍。这个数字太吓人了！但是这样多的地下和空中核试验，总算未把地球捅穿，全球天气也没发生大的变化。那些核试验场地反复使用，周围的人们照常工作，核试验对他们似乎已习以为常。

全球核爆炸统计表（1945––1996）

　　上表核试验次数的统计方法各国稍有不同。中国47次核试验是《苏联核试验》书中的统计，中国的统计为45次。