Последовательность событий при ядерном взрыве.

Выделение огромного количества энергии, происходящее в ходе цепной реакции деления, приводит к быстрому разогреву вещества взрывного устройства. При сверхвысоких температурах вещество представляет собой интенсивно излучающую ионизированную плазму. На этом этапе в виде энергии электромагнитного излучения выделяется около 80% энергии взрыва. Максимум энергии этого излучения, называемого первичным, приходится на рентгеновский диапазон спектра. Дальнейший ход событий при ядерном взрыве определяется в основном характером взаимодействия первичного теплового излучения с окружающей эпицентр взрыва средой, а также свойствами этой среды.

В случае если взрыв произведен на небольшой высоте в атмосфере, первичное излучение взрыва поглощается воздухом на расстояниях порядка нескольких метров. Поглощение рентгеновского излучения приводит к образованию облака взрыва, характеризующегося очень высокой температурой. На первой стадии это облако растет в размерах за счет радиационной передачи энергии из горячей внутренней части облака к его холодному окружению. Температура газа в облаке примерно постоянна по его объему и снижается по мере его увеличения. В момент, когда температура облака снижается до примерно 300 тысяч градусов, скорость фронта облака уменьшается до величин, сравнимых со скоростью звука. В этот момент формируется ударная волна, фронт которой "отрывается" от границы облака взрыва. Для взрыва мощностью 20 кт это событие наступает примерно через 0.1 мсек после взрыва. Радиус облака взрыва в этот момент составляет около 12 метров.

Интенсивность теплового излучения облака взрыва целиком определяется видимой температурой его поверхности. На некоторое время воздух, нагретый в результате прохождения взрывной волны, маскирует облако взрыва, поглощая излучаемую им радиацию, так что температура видимой поверхности облака взрыва соответствует температуре воздуха за фронтом ударной волны, которая падает по мере увеличения размеров фронта. Через примерно 10 миллисекунд после начала взрыва температура во фронте падает до 3000° С и он вновь становится прозрачным для излучения облака взрыва. Температура видимой поверхности облака взрыва вновь начинает расти и через примерно 0.1 сек после начала взрыва достигает примерно 8000°С (для взрыва мощностью 20 кт). В этот момент мощность излучения облака взрыва максимальна. После этого температура видимой поверхности облака и, соответственно, излучаемая им энергия быстро падает. В результате, основная доля энергии излучения высвечивается за время меньшее одной секунды.

Формирование импульса теплового излучения и образование ударной волны происходит на самых ранних стадиях существования облака взрыва. Поскольку внутри облака содержится основная доля радиоактивных веществ, образующихся в ходе взрыва, дальнейшая его эволюция определяет формирование следа радиоактивных осадков. После того как облако взрыва остывает настолько, что уже не излучает в видимой области спектра, процесс увеличения его размеров продолжается за счет теплового расширения и оно начинает подниматься вверх. В процессе подъема облако увлекает за собой значительную массу воздуха и грунта. В течение нескольких минут облако достигает высоты в несколько километров и может достичь стратосферы. Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от размера твердых частиц, на которых они конденсируются. Если в процессе своего формирования облако взрыва достигло поверхности, количество грунта, увлеченного при подъеме облака будет достаточно велико и радиоактивные вещества оседают в основном на поверхности частиц грунта, размер которых может достигать нескольких миллиметров. Такие частицы выпадают на поверхность в относительной близости от эпицентра взрыва, причем за время выпадения их радиоактивность практически не уменьшается.

В случае, если облако взрыва не касается поверхности, содержащиеся в нем радиоактивные вещества конденсируются в гораздо меньшие частицы с характерными размерами 0.01-20 микрон. Поскольку такие частицы могут достаточно долго существовать в верхних слоях атмосферы, они рассеиваются над очень большой площадью и за время, прошедшее до их выпадения на поверхность, успевают потерять значительную долю своей радиоактивности. В этом случае радиоактивный след практически не наблюдается. Минимальная высота, взрыв на которой не приводит к образованию радиоактивного следа, зависит от мощности взрыва и составляет примерно 200 метров для взрыва мощностью 20 кт и около 1 км для взрыва мощностью 1 Мт.

Ударная волна, формирующаяся на ранних стадиях существования облака взрыва, представляет собой один из основных поражающих факторов атмосферного ядерного взрыва. Основными характеристиками ударной волны являются пиковое избыточное давление и динамическое давление во фронте волны. Способность объектов выдерживать воздействие ударной волны зависит от множества факторов, таких как наличие несущих элементов, материал постройки, ориентация по отношению к фронту. Избыточное давление в 1 атм, возникающее на расстоянии 2.5 км от наземного взрыва мощностью 1 Мт, способно разрушить многоэтажное здание из железобетона. Для противостояния воздействию ударной волны военные объекты, особенно шахты баллистических ракет, проектируют таким образом, чтобы они могли выдержать избыточные давления в сотни атмосфер. Радиус области, в которой при взрыве в 1 Мт создается подобное давление, составляет около 200 метров. Соответственно, для поражения укрепленных целей особую роль играет точность атакующих баллистических ракет.

На начальных стадиях существования ударной волны ее фронт представляет собой сферу с центром в точке взрыва. После того как фронт достигает поверхности, образуется отраженная волна. Так как отраженная волна распространяется в среде, через которую прошла прямая волна, скорость ее распространения оказывается несколько выше. В результате, на некотором расстоянии от эпицентра две волны сливаются возле поверхности, образуя фронт, характеризуемый примерно в два раза большими значениями избыточного давления. Поскольку для взрыва данной мощности расстояние, на котором образуется подобный фронт, зависит от высоты взрыва, высоту взрыва можно подобрать для получения максимальных значений избыточного давления на определенной площади. Если целью взрыва является уничтожение укрепленных военных объектов, оптимальная высота взрыва оказывается очень малой, что неизбежно приводит к образованию значительного количества радиоактивных осадков.

Еще одним поражающим фактором ядерного оружия является проникающая радиация, представляющая собой поток высокоэнергетичных нейтронов и гамма-квантов, образующихся как непосредственно в ходе взрыва так и в результате распада продуктов деления. Наряду с нейтронами и гамма-квантами, в ходе ядерных реакций образуются также альфа- и бета-частицы, влияние которых можно не учитывать из-за того что они очень эффективно задерживаются на расстояниях порядка нескольких метров. Нейтроны и гамма-кванты продолжают выделяться в течение достаточно длительного времени после взрыва, оказывая воздействие на радиационную обстановку. К собственно проникающей радиации обычно относят нейтроны и гамма-кванты, появляющиеся в течение первой минуты после взрыва. Подобное определение связано с тем, что за время порядка одной минуты облако взрыва успевает подняться на высоту, достаточную для того, чтобы радиационный поток на поверхности стал практически незаметен.

Интенсивность потока проникающей радиации и расстояние, на котором ее действие может нанести существенный ущерб, зависят от мощности взрывного устройства и его конструкции. Доза радиации, полученная на расстоянии около 3 км от эпицентра термоядерного взрыва мощностью 1 Мт, достаточна для того, чтобы вызвать серьезные биологические изменения в организме человека. Ядерное взрывное устройство может быть специально сконструировано таким образом, чтобы увеличить ущерб, наносимый проникающей радиацией по сравнению с ущербом, наносимым другими поражающими факторами (так называемое нейтронное оружие).

Процессы, происходящие в ходе взрыва на значительной высоте, где плотность воздуха невелика, несколько отличаются от происходящих при проведении взрыва на небольших высотах. Прежде всего, из-за малой плотности воздуха поглощение первичного теплового излучения происходит на гораздо больших расстояниях и размер облака взрыва может достигать десятков километров. Существенное влияние на процесс формирования облака взрыва начинают оказывать процессы взаимодействия ионизированных частиц облака с магнитным полем Земли. Ионизированные частицы, образовавшиеся в ходе взрыва, оказывают также заметное влияние на состояние ионосферы, затрудняя, а иногда и делая невозможным распространение радиоволн (этот эффект может быть использован для ослепления радиолокационных станций).

Одним из результатов проведения высотного взрыва оказывается возникновение мощного электромагнитного импульса, распространяющегося над очень большой территорией. Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва на малых высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае быстро спадает по мере удаления от эпицентра. В случае же высотного взрыва, область действия электромагнитного импульса охватывает практически всю видимую из точки взрыва поверхность Земли.

При ядерном взрыве на организм человека могут воздействовать специфические поражающие факторы: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное загрязнение местности. Воздушная ударная волна ядерного взрыва вызывает поражения людей как в результате прямого действия, так и косвенно, за счет травмирующего действия летящих обломков зданий, сооружений, осколков стекла и т.п. Поражения людей световым импульсом вызывают появление термических ожогов кожных покровов и органа зрения. Ожоги органов зрения могут приводить к ослеплению пораженных. Термические поражения могут быть обусловлены как непосредственно световым импульсом ядерного взрыва, так и пламенем при возгорании одежды и возникших в очаге пожаров.

Ионизирующие излучения являются важным компонентом ядерных взрывов. Они состоят из потока нейтронов и гамма-излучения. Меньшее значение имеет поток бета - частиц, а также относительно незначительное количество альфа - частиц. Большая проникающая способность первичного излучения в сочетании с высокой биологической эффективностью нейтронов и гамма - лучей делают их одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва.

В результате осаждения частиц из радиоактивного облака наземного или подводного взрывов на поверхность земли в виде радиоактивных осадков возникает опасность остаточного излучения. Радиоактивные осадки делят на два вида: ранние (локальные) и поздние (глобальные). Ранние осадки выпадают на поверхность земли в течение 24 часов после взрыва. Глобальные осадки выпадают в течение длительного времени на поверхности всего земного шара.

Первичное действие радиации реализуется в физических, физико - химических и химических процессах с образованием химически активных свободных радикалов (Н⁺, ОН ^-, НО₂), обладающих высокими окислительными и восстановительными свойствами. В последующем образуются различные перекисные соединения, угнетающие активность одних ферментов и повышающие других, играющих важную роль в процессах аутолиза (саморастворения) тканей организма. Появление в крови продуктов распада радиочувствительных тканей и патологического обмена веществ при воздействии высоких доз ионизирующего излучения является основой формирования токсемии - отравления организма, связанного с циркуляцией в крови токсинов. Основное значение в развитии радиационных поражений имеют нарушения физиологической регенерации клеток и тканей, а также изменения функций регуляторных систем.

Электромагнитный импульс, сопутствующий ядерному взрыву, вызывая повреждение линий энергоснабжения, радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры, может распространяться по проводам на значительное расстояние и также вызывать поражение населения и сил ГО.

На основе изучения структуры санитарных потерь среди населения после нанесения ядерных ударов по японским городам Хиросима и Нагасаки подсчитано, что в 70% случаев имели место механические повреждения, в 65-85% - термические ожоги и в 30% - радиационные поражения. Анализ структуры санитарных потерь свидетельствует, что у 39,4% в Хиросиме и 42,2% в Нагасаки поражения носили комбинированный характер.

Нейтронное оружие представляет собой малогабаритный термоядерный боеприпас мощностью до 10 кг, предназначенный в основном для поражения живой силы противника за счет действия нейтронного излучения. Нейтронное оружие относится к тактическому ядерному оружию.

Академик Л.А. Ильин (1983 г.) выделяет прямые (непосредственные) и косвенные (опосредованные) последствия ядерных взрывов на людей и среду их обитания. В свою очередь они подразделяются на ближайшие и отдаленные последствия.

Прямые последствия обусловлены непосредственным воздействием поражающих факторов ядерных взрывов - светового излучения, электромагнитного импульса, ударной волны, первичной (мгновенной) радиации и остаточной радиации в виде местных радиоактивных осадков, а также глобальных радиоактивных выпадений.

Косвенные эффекты - это следствия дезинтеграции экономики, разрушения материально-технических основ и социальных аспектов жизни общества. К ним следует отнести нехватку продуктов питания, жилья, вспышки эпидемий, существенное учащение заболеваемости, включая психические заболевания; резкое ухудшение медицинской помощи.

К опосредованным эффектам следует отнести медико - биологические и экологические последствия вследствие возможности истощения озонового слоя атмосферы, изменений климата и иных, непредсказуемых в настоящее время явлений.

В условиях войны с применением ядерного оружия радиационные поражения составляют основную часть санитарных потерь. Они возникают в момент ядерного взрыва, при пребывании на следе радиоактивного облака. Различают внешнее и внутреннее облучение при инкорпорации радиоактивных изотопов через желудочно-кишечный тракт и дыхательную систему.

Острая лучевая болезнь (ОЛБ) — общее заболевание, возникающее при однократном, повторном или длительном (на протяжении нескольких часов или дней) облучении всего тела или большей его части проникающими излучениями в дозе, обычно превышающей 1 Гр (100 рад). Заболевание характеризуется периодичностью течения и полисиндромностью клинических проявлений.

При общем облучении в дозе свыше 80—100 Гр (8—10 тыс. рад) возникает церебральная форма лучевой болезни. Для клинической картины заболевания характерны неврологические нарушения: дезориентация, атаксия, психомоторное возбуждение, затемнение и потеря сознания, расстройство дыхания и кардиоваскулярные нарушения, изнуряющие рвота и понос с примесью крови в рвотных массах и кале, коллапс, олиго- и анурия, клони-ческие и тонические судороги. Смертельный исход наступает в течение 3 суток.

При дозах облучения в пределах 50—80 Гр (5—8 тыс. рад) развивается сосудисто-токсемическая форма ОЛБ. Ведущими в клинической картине являются прогрессирующие нарушения функционального состояния нервной системы, на фоне которых развивается сердечно-сосудистая недостаточность и гастроинтестинальные расстройства. Сразу после облучения появляются неукротимая рвота, понос, нарастают симптомы общей интоксикации, возникают гипертермия, тахикардия, возможен коллапс; сознание обычно сохранено, наблюдаются адинамия, сильнейшие головные боли, головокружение, на фоне сосудистой недостаточности развивается анурия, азотемия. Смерть наступает на 4-8-е сутки.

При дозе облучения 10-50 Гр (1-5 тыс. рад) в клинической картине заболевания на первый план выступают симптомы поражения желудочно-кишечного тракта (кишечная форма). Характерна длительная (до 4-5 сут) первичная реакция в виде неукротимой рвоты, головной боли, тахикардии, гипотонии. Наблюдаются эритема кожи, иктеричность склер, субфебрильное повышение температуры тела. Состояние больного резко ухудшается со второй недели заболевания: появляются симптомы энтероколита, лихорадка, признаки обезвоживания организма, кровоточивость, изменения слизистых рта и глотки, инфекционные осложнения. Смерть наступает на второй - в начале третьей недели от момента поражения.

Облучение организма в дозе 1-10 Гр (100-1000 рад) приводит к развитию костно-мозговой формы лучевой болезни.

Течение костно-мозговой формы ОЛБ характеризуется цикличностью. В типичных случаях заболевания, вызванного относительно равномерным облучением, выделяют четыре периода: период первичной общей реакции; скрытый, или период видимого клинического благополучия; период разгара; период восстановления.

Для периода первичной общей реакции характерно развитие гастроинтестинального и астенического синдромов, а также функциональных расстройств сердечно-сосудистой системы, дыхания и терморегуляции, нарушения кроветворения.

Первичная общая реакция продолжается от нескольких часов до 3-4 суток. Скорость ее появления, выраженность и продолжительность зависят от тяжести поражения.

Скрытый период (период видимого клинического благополучия) начинается с момента стихания проявлений первичной общей реакции (прекращение тошноты и рвоты, уменьшение или исчезновения головной боли, улучшение общего самочувствия). В клинической картине этого периода преобладает астенический синдром (повышенная утомляемость, потливость, головная боль, неустойчивость настроения, расстройство сна, снижение аппетита). Отмечается тенденция к тахикардии и гипотонии. Наблюдавшийся в начальном периоде лейкоцитоз сменяется лейкопенией с нейтропенией, снижается число ретикулоцитов, с конца первой недели выявляется тромбоцитопения. При биохимических исследованиях крови определяется диспротеинемия с тенденцией к снижению содержания альбуминов, повышению альфа - глобулинов, появляется С-реактивный белок. Продолжительность этого периода различна. В крайне тяжелых случаях он практически отсутствует, при легких - может достигать 3-4 недели.

Период разгара проявляется семью основными синдромами, сочетание и выраженность которых различны в зависимости от степени тяжести ОЛБ: гематологический, геморрагический, гастроинтестинальный, астенический, органического поражения центральной нервной системы, инфекционных осложнений, общей токсемии. Этот период характеризуется признаками прогрессирующего нарушения кроветворения и обмена веществ, инфекционными осложнениями, в тяжелых случаях развивается картина сепсиса, возникают кровоточивость, выпадение волос. У пораженных нарушается сон, ухудшается аппетит, появляются резкая общая слабость, адинамия, головные боли, головокружение, сердцебиение и боли в области сердца.

Нарушения кроветворения достигают наибольшей выраженности в соответствии с дозой поражения. В тяжелых случаях возникает глубокая пангемоцитопения. Количество лейкоцитов снижается до 0.05х10⁹ / л, содержание тромбоцитов уменьшается до 5-10⁹/л, прогрессирует анемия. Костный мозг представляется гипо- или апластичным, общее количество миелокариоцитов обычно составляет от 3х10⁹/ л до 5х10⁹ /л, клеточный состав представлен ретикулярными, эндотелиальными и плазматическими клетками, единичными резко измененными лимфоцитами и сегментоядерными нейтрофилами, ретикулоциты отсутствуют.

На высоте заболевания отмечаются признаки нарушения процесса гемокоагуляции во всех его фазах: удлинены время свертывания и длительность кровотечения, нарушена ретракция кровяного сгустка, замедлено время рекальцификации, тромбиновое время. Снижены толерантность крови к гепарину и потребление протромбина, степень тромботеста и активность фибринстабили-зирующего фактора, усилена фибринолитическая активность крови и снижена антифибринолитическая активность. Общее содержание белка в сыворотке крови уменьшено, снижено количество альбуминов и увеличено содержание альфа-1- и в особенности альфа-2-глобулинов.

Период разгара продолжается от двух до четырех недель. При благополучном исходе наступает длительный период восстановления. Период восстановления в тяжелых случаях продолжается от нескольких месяцев до одного года, в дальнейшем иногда на протяжении многих лет выявляются остаточные явления или отдаленные соматические и генетические последствия.

Выраженность симптомов в каждом из периодов и продолжительность отдельных периодов определяются степенью тяжести лучевой болезни. Различают лучевую болезнь I (легкая), II (средняя), III (тяжелая) и IV степени (крайне тяжелая).

Острая лучевая болезнь I степени развивается при облучении в дозе 1-2 Гр (100-200 рад). Она характеризуется умеренными признаками астенизации, вегетативных, сосудистых, гематологических и обменных нарушений.

Острая лучевая болезнь II степени возникает после облучения в дозе 2-4 Гр (200-400 рад) и характеризуется наличием четко выраженных периодов. Первичная реакция начинается через 2 часа и более и длится до 2 суток. Она проявляется тошнотой и повторной рвотой, общей слабостью, головной болью, головокружением, отмечается субфебрильная температура тела.

Скрытый период длится до 3 нед. В это время у больных можно отметить признаки умеренной астенизации и вегетативно-сосудистой дистонии, понижение числа лейкоцитов и тромбоцитов.

Период разгара чаще всего начинается с повышения температуры тела, ухудшения самочувствия, появления клинических признаков кровоточивости, инфекционных осложнений. Нарушения в системе крови прогрессируют, возникает выраженная лейкопения (количество лейкоцитов снижается до 0.5х10⁹/л), тромбоцитопения (количество тромбоцитов снижается до 20х10⁹/л), умеренная анемия, увеличение СОЭ до 25—40 мм/ч. Обнаруживается гипоплазия костного мозга. Период разгара продолжается до 2-3 нед. Выздоровление идет медленно.

Острая лучевая болезнь III степени возникает при облучении в дозе 4-6 Гр (400-600 рад). Вскоре после облучения (через 30-60 мин) появляется первичная общая реакция, продолжающаяся до трех суток. У больных наблюдаются возбуждение, выраженная головная боль, головокружение, резкая слабость и адинамия. Особенно характерны диспептические проявления в виде тошноты, многократной рвоты, преходящая гиперемия кожи, субфебрильная температура тела. В периферической крови отмечаются выраженный нейтрофильный лейкоцитоз и глубокая лимфопения.

Скрытый период укорочен до двух недель, на протяжении которых у больных имеют место ряд субъективных расстройств: повышенная утомляемость, нарушение сна, общая слабость, снижение аппетита, периодические головные боли. Наблюдается лабильность пульса, артериального давления. С конца второй недели начинают выпадать волосы. Уменьшается количество лейкоцитов, тромбоцитов, исчезают ретикулоциты; в конце скрытого периода появляется тенденция к анемизации.

В периоде разгара резко ухудшается общее состояние, возникает стойкая лихорадка, сопровождающаяся ознобами и усиленным потоотделением. Из крови высеваются микробы (кишечную палочку, стафилококки, пневмококки, стрептококки). Развиваются геморрагические проявления, множественные кровоизлияния на коже, носовые, желудочные, кишечные и маточные кровотечения. Продолжается выпадение волос, возникают язвенно-некротический стоматит и гингивит, тонзиллит, пневмония, резко снижается масса тела. Содержание лейкоцитов уменьшается до 0.1х10 ⁹/л, отмечается глубокая тромбоцитопения (10х10 ⁹/л), выраженная анемия; удлиняется время свертывания крови, увеличивается длительность кровотечения по Дуке, нарушается ретракция кровяного сгустка, СОЭ увеличивается до 40—60 мм/ч. Для этого периода характерна выраженная диспротеинемия с понижением содержания альбуминов и увеличением альфа-1- и альфа-2-глобулинов. Костный мозг представляет картину опустошения, в его мазках встречаются атипичные лимфоциты, единичные измененные сегментоядерные нейтрофилы, плазматические и ретикулярные клетки. Период разгара продолжается от 1,5 до 2,5 нед. С 3-й нед. заболевания возможны смертельные исходы.

При благоприятном исходе симптомы болезни постепенно стихают, и заболевание вступает в длительный период выздоровления.

Острая лучевая болезнь IV степени возникает после облучения в дозе более 6 Гр (600 рад). Непосредственно после облучения (через 5—20 мин) развивается резко выраженная первичная реакция, проявляющаяся неукротимой рвотой, адинамией, коллапсом, иногда психомоторным возбуждением, жидким стулом. Больного беспокоят сильнейшие головные боли, головокружение, жажда, иногда расстройство сознания. Наблюдаются выраженная гиперемия кожи, покраснение склер, субиктеричность кожи и слизистых, температура тела повышается до 39 С. Эти симптомы первичной реакции, периодически то усиливаясь, то стихая, продолжаются до 4 сут, и в дальнейшем без четко выраженного скрытого периода (или через несколько дней после относительного улучшения самочувствия) на них наслаиваются симптомы разгара болезни, характеризующиеся ранним и прогрессирующим нарушением кроветворения (опустошение костного мозга в первую неделю и развитие агранулоцитоза), ранним присоединением инфекционных осложнений и ранним возникновением кровоточивости.

На 2-й нед. заболевания на фоне высокой лихорадки, выраженной кровоточивости, тяжелого общего состояния могут появляться выраженные кишечные расстройства с развитием обезвоживания, прогрессирующего нарушения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, почек. Летальные исходы наступают в конце второй недели. Выздоровление возможно при применении всех средств комплексной терапии, включая трансплантацию костного мозга.

Квалифицированная терапевтическая помощь оказывается врачом-терапевтом в ОПМ и больницах ГО.

При поступлении в ОПМ выделяются пострадавшие с заражением кожи и обмундирования радиоактивными веществами свыше допустимого уровня. При необходимости им оказывается неотложная помощь. Остальные облученные поступают в сортировочно-эвакуационное отделение, где на основании клинических признаков и данных физической дозиметрии определяются форма и степень тяжести острой лучевой болезни и их транспортабельность. Пораженные, нуждающиеся в неотложных мероприятиях (с острой сердечно-сосудистой недостаточностью, неукротимой рвотой с признаками обезвоживания, тяжелой токсемией, психомоторным возбуждением, судорожно - гиперкинетическим синдромом), направляются в госпитальное отделение.