Ydinaseiden painevaikutukset

Ydinaseiden painevaikutukset ovat ydinräjähteen räjähdyksen aiheuttama paineaalto ja tuuli. 1 megatonnin maanpinnassa tapahtuva räjähdys aiheuttaa 5 psi:n ylipaineen 8 km päässä. Tämä romahduttaa monet talot, vammauttaa lähes kaikki ja tappaa noin puolet. Näitä vakavia vaurioita vastaa hirmumyrskymäinen tuulen nopeus 74 m/s. Painevaikuus riippuu räjähdysvoimasta niin, että räjähdysvoiman tuhatkertaistumien kasvattaa vaikutussädettä kymmenkertaiseksi[1].

Painevaikutus

5 PSI paine tuhoaa puukerrostalon Nevadassa vuonna 1953 tehdyssä ydikokeessa,

1 kilotonnin räjähdyksen painekäyrät poikkileikkauskuvassa.

1 megatonnin pintaräjähdys levittää 7 kPa (1 PSI) painevaikutuksen jopa 80,76 kilometrin päähän. Tämä aiheuttaa talojen muuttumisen asuinkelvottomaksi.[2] 14 kPa (2 PSI) (katot ja ovet rikkoutuvat, talot luhistuvat osittain.[2]) Teollisuusrakennukset tuhoutuvat 1 kt räjähdyksessä 350 metrin päässä 110 kPa:n paineessa, ja 1 Mt räjähdyksessä 5,5 kilometrin päässä 50 kPa:n paineessa[3] 1 MT räjähdys kaataa puita ylipaineeseen nähden tehokkaammin, koska paineen kesto on pidempi.[3]

Rakenteisiin

Yhden megatonnin pintaräjähdyksen painevaikutus

Paine PSI, etäisyys, tuhot
1 PSI 81 km Ikkunalasit särkyvät, sirpaleet vammauttavat hieman
2 PSI 34 km Vähäinen vaurio: katot, kevyet väliseinät, ikkunat ja ovet hajalle
3 PSI 13 km Talot romahtavat, paljon vakavia vammautumisia, ehkä kuolleita
5 PSI 8 km Rakennukset yleensä romahtavat, kaikki vähintään vammautuvat, paljon kuolleita 50 % kuolee, raunioista pelastettavia 30%.

10 PSI 5,5 km Teräsbetonirakennukset romahtelevat tai vaurioituvat pahoin, ihmiset yleensä kuolevat
20 PSI 3,5 km Vahvat betonirakenuksetkin yleensä romahtavat, lähes kaikki kuolevat. [4]

Kellarien vauriot

Talojen väestönsuojat kestävät 100-200 kPa[4]. 1 Mt:n pintaräjähdyksessä kellarit sortuvat 7,7 km säteellä[5]

Räjähdyskorkeus jolla tulipallo ei kosketa maata 200*Y^(1/3)

Ihmisiin

30 PSI kuolema[6]
15 psi keuhkot vaurioituvat
5 PSI Tärykalvot voivat vaurioitua, yleensä tätä pidetään 15% kuolleita-rajana.
2,3 PSI kallovauriot lentävistä esineistä, vakavat lasinsirujen aiheuttamat haavat
1.8 PSI Ilmassa lentävien esineiden vauriokynnys. Kuolema vaatii teoriassa, että ihmisen täytyy lentää noin 3 metriä.
1 PSI Nahkaan haavoja lasinsirpaleista, lasinsirut lentävät noin 3 m.

Tarkka painetaulukko

Seuraava taulukko kertoo tarkemmin, millaisia vaikutuksia erisuuruisilla paineilla on.

ylipaine PSI	ylipaine kPa	etäisyys 1 Mt 2 400 m ilmaräjähdys	tuulennopeus	tuhot
0,03 PSI	0,2			Jotkut hyvin suuret jo jännityksen alla olevat ikkunat särkyvät, 0,2 kPa[7] [8]
0,1				Joitain pieniä ikkunoita särkyy,[7] jos esirasitusta
0,15				Tyypillinen ikkunojen halkeiluraja[7]
noin 0,2				Yksittäisiä ikkunoita särkyy ja seiniä halkeilee (Hiroshima)
0,3				Ilmassa lentävien esineiden raja, 2 kPa,[7] "turvaraja" – 95 % todennäköisyydellä ei vakavia vaurioita.[7]
0,5			8 m/s	Lievä vaurio: Ikkunoita särkyy laajalti, sirpaleet vammauttavat. Ikkunoiden vauriot lievät. Lentokoneet vaurioituvat, mutta niillä voi lentää[9].
0,8	5,5			Ikkunat särkyvät, laasti irtoaa seinistä, pieniä vaurioita rakennuksille[8].
1	7	18,6	17 m/s[10]	Ikkunalasit särkyvät, lieviä vammoja sirpaleista. Talot asuinkelvottomaksi.[7] Puutalot vaurioituvat lievästi, ikkunat pahoin[9].
1,25	8,5		20 m/s	Ihmiset kaatuvat.[8]
1,5			23 m/s[11]	Lievä talon vaurio, lasit, kattotiilet[9].
1,65	11,3			Talojen puuseinät vaurioituvat.[8]
1.75			27 m/s	Jotkut lasinsirut lentävät ohuiden seinien läpi. Talot asuinkelvottomiksi, mutta vauriot korjattavissa.
2	14	?	31 m/s[10][12]	Vähäiset vauriot. Katot, kevyet väliseinät ja ovet rikkoutuvat. Seisovat ihmiset saattavat lentää jaloiltaan ja vammautua[9]. Vielä 2–3 PSI lennättää ihmisiä ulos toimistorakennuksista.[13]
2,35				Betonitalojen, tiilitalojen seinät vaurioituvat.[8]
3	21	9,5	45 m/s[10]	Asuinrakennukset sortuvat, vakavat vammautumiset tavallisia, ehkä kuolleita. Seisova ihminen kaatuu 1% todennäköisyydellä kuolettavasti[9]. Teräsbetonirakennusten seinät lentävät pois. Avomaastossa tuulen mukana kulkevat esineet tappavat ihmisiä.
3,5				Puolet tavallisissa asuinrakennuksista seisovista kuolee.
4				Metsätiet poikki kaatuneiden puiden takia[9].
5	34	7,0	72 m/s[14]	Useimmat kevyet liikerakennukset ja asuinrakennukset sortuvat. Puurakennukset luhistuvat. 1% tärykalvoista halkeaa, yleensä vanhoilla[9]. Vahvat rakennukset vaurioituvat pahoin. Vammautumiset tavallisia, kuolemaan johtavat yleisiä.[15] Monesti tämä ilmoitetaan paineeksi, jossa 50% ihmistä kuolee.[16]
6				Ihmisruumis lentää niin, että 99% kuolemista voi johtua tästä[9].
7				Vahvistetut betonirakennukset vaurioituvat lievästi[9]. Puolet tavallisissa asuinrakennuksissa makaavista kuolee.
10	70	4,8	130 m/s[10]	Useimmat ihmiset kuolevat, betonirakennukset luhistuvat tai vaurioituvat vakavasti.
12				Lähes kaikki kuolevat.[17]
15				Ylipaine aiheuttaa pieniä vaurioita keuhkoihin[9].
20	140	1,3	220 m/s[10]	Lähes kaikki kuolevat, vahvat betonirakennukset tuhoutuvat maan tasalle tai vaurioituvat vakavasti.
25				Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat[9].
30				Kaikki kuolevat.
35				Keuhkovauriot aiheuttavat 1% kuolleista.
45				99% tärykalvoista halkeaa
65				99% kuolleista aiheutuu keuhkovaurioista[9].

Ikkunoiden särkyminen

Painevauriot jollekin rakennetyypille riippuvat rakenteiden ominaisuuksista ja voivat vaihdella huomattavastikin tilanteen mukaan. Yleisemmin Hiroshimassa ikkunoita särkyi 15 kilometrin päässä räjähdyksen pintanollapisteestä, ja joissain tapauksissa jopa 27 kilometrin päässä.[18] Arviolta 50 megatonnin Tsar-bomba särki ikkunoita osittain vielä 900 kilometrin päässä räjähdyksestä.[19]

Kaikki ikkunat särkyvät varmasti 0,5–1 PSI:ssa.[20] 10 % särkyy 0,3 PSI:ssä, jossa esineet eivät yleensä lennä tuulen voimasta ja jossa vakavan vaurion todennäköisyys on vain 5 %.[20] Lasit särkyvät vielä 0,15 PSI:ssä. Pienet ikkunat saattavat särkyä vielä 0,10 PSI:ssä ja uudet 0,003:ssa, jos niihin kohdistuu esirasitus.[20]

Rakenteiden tuhoutuminen

Paineaallon suuntaiset johdot tuhoutuvat ilmaräjähdyksessä suunnilleen yhtälön 0,42*Y^0,409 km etäisyydellä. Paineaaltoa vastaan poikittain olevat johdot tuhoutuvat 0,50*Y^0,411 km etäisyydellä.[21]. Pintaräjähdyksessä tämä kerrotaan vakiolla 2/3. 35 kPa ylipaine, jossa useimmat asuintalot tuhoutuvat, on 1 Mt ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 7,1 km mutta maanpintaräjähdyksessä etäisyydellä 4,5 km[22] 14 kPa ylipaine on 1 Mt ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 13 km ja pintaräjähdyksessä 7.7 km. Tämä on yhtälönä 1,37*Y^(1/3) km ilmaräjähdykselle ja 0,77*Y^(1/3) km pintaräjähdykselle. Autot tuhoutuvat ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 5/6 b=5,9 km, kun b on paineaallon suuntaisten johtojen tuhoutuminen, joka on 1 Mt räjähteelle 7,1 km. Kevyet lentokoneet tuhoutuvat etäisyydellä 1,6 a, jossa a on 14 kPa:ta vastaava etäisyys. 1 Mt ilmaräjähdyksessä kevyet lentokoneet tuhoutuvat vielä 20,8 km päässä räjähdyspisteestä.

Ylipaine - etäisyys

Paine etäisyydestä

Sadovskyn kaavaan pohjautuva ydinaseille sovitettu räjähteen etäisyys-painekaava[23]

$P_{k}Pa=0.865*101.325*(0.84*{\sqrt {3}}(m)/r+2.7*{\sqrt {3}}(m*m)/(r*r)+7.0*m/(r*r*r))$

Jossa m räjähtävä ainemäärä kg, (1 kt = 1 000 000 kilogrammaa), p kPa paine kilopascalia, ja r etäisyys metreinä räjähdyspaikasta.

Etäisyys paineesta

Alla pari hyvin likimääräistä kaavaa

Ylipaine noudattaa suunnilleen kaavaa

$R_{p}=2,1\cdot (1/(P^{0,689}))\cdot Y^{0,333}$

jossa ylipaineen $P$ yksikkö on psi ja etäisyys $R_{p}$ km[24].

Jos ylipaine on välillä 2–100 kPa. voidaan käyttää likiarvokaavaa 1 kt räjähteelle

$R_{p}=(1/(P^{0},555))*3,25*Y^{0.333}$

jossa $P$ annetaan yksikössä kPa ja etäisyys $R_{p}$ km

Tuulen nopeus

Tuulen nopeus lasketaan paineesta kaavalla

v_{w}=0.715{\frac {p}{p_{0}}}{\frac {c_{s}}{\sqrt {1+0.86{\frac {p}{p_{0}}}}}}

,

missä c_s on äänen nopeus, p huippupaine ja p₀ ilmanpaine, joka on 15 PSI. Esimerkiksi 1 PSI:n painetta vastaa tämän mukaan kova tuuli, 17 m/s, ja 2 PSI:tä 33 m/s sekä 5 PSI:tä 49 m/s.[25] 50 kPa eli 7.25 PSI vastaa tuulen nopeutta 100 m/s.[3]

Katso myös

Ydinräjähdyksen vaikutukset

Lähteet

Koivulehto s 55
Overpressure Levels of Concern NOAA, Office of Response and Restoration. Viitattu 3.11.2012. (englanniksi)
Effects of nuclear weapons (from the book “Nuclear Weapons” by Charles S Grace) caps.org.pk. wayback machine. Arkistoitu 17.2.2008. Viitattu 3.11.2012.
Koivukoski s 55
Koivukoski s 59
How lethal are Pakistan's nuclear weapons? How much area would be immediately destroyed in a single attack? How should one chalk out a rough evacuation plan if some day there is a strong chance of a nuclear attack. Geoff Olynyk, Ph.D., Applied Plasma Physics and Fusion Energy, MIT, 2013, Quora
Lee's Loss Prevention in the Process Industries: Hazard Identification, Assessment, and Control, (nide) 1 Mannan, Lees, Elsevier 2005
Spreadsheet of blast and thermal radiation effects^{[vanhentunut linkki]}
Blast effects of nuclear bomb SURVIVING DOOMSDAY -Clayton, from tables in THE EFFECTS OF NUCLEAR WEAPONS 1977 -Gladstone
Why do people die when a bomb explodes?
^{[vanhentunut linkki]} Destructive effects of nuclear weapons, lecture 8, Kaava The machanical shock vw=0.715*p/p0 *(cs/sqrt(1+0.86*p/p0) ), p0=15 psi, cs=340 m/s
Kokonaistutkimus ydinaseista, 2. painos, sivu 247
Carey Sublette: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions Section 5.0 Effects of Nuclear Explosions The Nuclear Weapon Archive. 1997. (englanniksi)
Väyrynen 1983, sivu 71
Väyrynen 1983
William C Bell & Cham E Dallas: Vulnerability of populations and the urban health care systems to nuclear weapon attack – examples from four American cities Int J Health Geogr. 2007; 6: 5.. Viitattu 3.11.2012.
Big Ivan, The Tsar Bomba (“King of Bombs”) FAS 3 September 2007
Kent and Riegel's Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, Nide 1 Tekijät Emil Raymond Riegel,James Albert Kent, Springer 2007, sivu 123 (Google Books)
Koivukoski 2003, s 57 ja laskema
Koivukoski 2003, s 54
http://holbert.faculty.asu.edu/eee460/cjc/Blast_Wave_Damage.html (Arkistoitu – Internet Archive) Blast Wave Damage ja laskema
Destructive Effects of Nuclear Weapons (PDF) (luentokalvot) 2004. ISNAP, University of Notre Dame. Viitattu 3.11.2012.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Koivulehto s 55

[noaa_overpressure-2] Overpressure Levels of Concern NOAA, Office of Response and Restoration. Viitattu 3.11.2012. (englanniksi)

[caps-3] Effects of nuclear weapons (from the book “Nuclear Weapons” by Charles S Grace) caps.org.pk. wayback machine. Arkistoitu 17.2.2008. Viitattu 3.11.2012.

[Nimetön-rGVq-1-4] Koivukoski s 55

[5] Koivukoski s 59

[Olynyk_2013-6] How lethal are Pakistan's nuclear weapons? How much area would be immediately destroyed in a single attack? How should one chalk out a rough evacuation plan if some day there is a strong chance of a nuclear attack. Geoff Olynyk, Ph.D., Applied Plasma Physics and Fusion Energy, MIT, 2013, Quora

[Mannan_Lees_2005-7] Lee's Loss Prevention in the Process Industries: Hazard Identification, Assessment, and Control, (nide) 1 Mannan, Lees, Elsevier 2005

[nukefxxl-8] Spreadsheet of blast and thermal radiation effects^{[vanhentunut linkki]}

[Glayton_Gladstone-9] Blast effects of nuclear bomb SURVIVING DOOMSDAY -Clayton, from tables in THE EFFECTS OF NUCLEAR WEAPONS 1977 -Gladstone

[quora_why_die-10] Why do people die when a bomb explodes?

[Nuclear_warfare"-11] {[vanhentunut linkki]} Destructive effects of nuclear weapons, lecture 8, Kaava The machanical shock vw=0.715*p/p0 *(cs/sqrt(1+0.86*p/p0) ), p0=15 psi, cs=340 m/s

[13] Kokonaistutkimus ydinaseista, 2. painos, sivu 247

[15] Carey Sublette: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions Section 5.0 Effects of Nuclear Explosions The Nuclear Weapon Archive. 1997. (englanniksi)

[16] Väyrynen 1983, sivu 71

[17] Väyrynen 1983

[Bell_Dallas_2007-18] William C Bell & Cham E Dallas: Vulnerability of populations and the urban health care systems to nuclear weapon attack – examples from four American cities Int J Health Geogr. 2007; 6: 5.. Viitattu 3.11.2012.

[Fas_Tsar_Bomba-19] Big Ivan, The Tsar Bomba (“King of Bombs”) FAS 3 September 2007

[Riegel_Kent_2007_123-20] Kent and Riegel's Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, Nide 1 Tekijät Emil Raymond Riegel,James Albert Kent, Springer 2007, sivu 123 (Google Books)

[21] Koivukoski 2003, s 57 ja laskema

[22] Koivukoski 2003, s 54

[24] ttp://holbert.faculty.asu.edu/eee460/cjc/Blast_Wave_Damage.html (Arkistoitu – Internet Archive) Blast Wave Damage ja laskema

[25] Destructive Effects of Nuclear Weapons (PDF) (luentokalvot) 2004. ISNAP, University of Notre Dame. Viitattu 3.11.2012.