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所含有害物质及对人类的危害

发布时间:2019-11-20 13:36 来源:未知 编辑:admin

  核武器的爆炸会伴随有大量的电磁波辐射爆发,分布在可见光波段,及红外的和紫外的波段上。主要的伤害机制是造成灼伤及对肉眼的伤害。在晴朗的天气下,作用范围可超过冲击波。辐射光的能量是如此之强,它可以在冲击波留下的废墟中再制造一场大火。而热辐射所作用的范围,随武器当量的增加而显著地增长。

  由于热辐射线是以直线传播的,所以任何不透明的物体都可以成为有效的壁垒阻止其传播。但是,如果空气中有雾气,这些小水珠可以散射辐射线使其向四面八方传播,于是所有的壁垒都会显著地丧失作用。 当热辐射线作用于一个物体时,部分的能量会被反射,部分被传导和转化掉,而剩下的会被吸收。吸收的比率取决于物体的特性和颜色。一个薄片状的物体可以将大部分的能量传导掉,同时浅颜色的物体可以反射许多辐射,它们受到的伤害都会小一些。对辐射线的吸收造成温度在表面的迅速升高,例如木材、纸张、织物等都会被点燃和烤焦。如果恰好这种物质是不良导体,那么加热现象只会在表面产生。 事实上,物质是否被点燃还仰赖于热辐射持续的长短,物质的厚度和包含的水分。在近距离上,所有的物质都会被加热蒸发,而在最远的距离上,只有最容易点燃和最脆弱的物质才会受到伤害。火灾并不一定只是热辐射线产生的,冲击波造成的混乱气流,也可能诱发大火。在广岛轰炸中,就有一场空前巨大的火灾,持续了20分钟。火焰加热空气使其上升,周围的空气填补这一真空,造成持续的指向爆心的强风。然而这种现象并不时核爆炸所特有的,在二战的大轰炸中,大量的燃烧弹或经常发生的森林火灾中的烈焰也能造成大风。

  人类首次使用的核武:“小男孩”γ射线通过康普顿散射效应将电子反冲加速,得到高能的电子。这些电子被地磁场捕捉,在地表以上20到40公里的高度上产生共振。周期性振动的电子即可产生连续的电磁脉冲(EMP),持续大约1毫秒。下一个持续大约1秒数量级的效应是,大量的长条形的金属物体(如电缆),在电磁波通过时会像天线一样工作并产生高压。这些强大的短暂的高压,可以摧毁未经屏蔽保护的电子设备甚至是电线本身。但这种可怕的电磁脉冲对生物的影响人们却不甚了了。另外灼热的空气破坏了电离层,也会使无线电通讯受到影响。

  唯一能够保护电子设备不受脉冲摧毁的措施是将其完全包裹在良导体内,或别的形式的法拉第笼内。当然,对于无线电通讯设备来说这是不可能的,因为它将收不到任何讯号。最大当量的核弹被用来实现大面积的,甚至是洲际范围的电磁轰炸。

  核弹空爆中,大约5%的能量,以最原始的粒子和γ射线形式辐射掉了。裂变弹和聚变弹的中子辐射有很大不同。然而γ辐射的结构,无论是在这类爆炸式的核反应中,还是短半衰期的物质衰变中都是类似的。核反应粒子辐射随距离衰减快的原因,一个是它们的散布面积正比半径立方,强度即正比半径立方的倒数,一个是它们被大气强烈地吸收和散射。

  粒子辐射的结构也与距离有关,在近爆心的地点,中子辐射强于γ辐射,但随着距离的增加,中子-伽玛比将减小。最终,中子成分与γ成分相比即可忽略。要注意的是,上述的这些距离,并不随爆炸当量的增加而有十分显著的变化。因此,越大当量的爆炸中,原始粒子辐射的效果就越不显著。在大块头的核弹中,譬如大于50kt,冲击波和热辐射的威力使得粒子辐射机制相形见绌,以至于被忽略。

  剩余的放射性残骸通过两种效应杀伤:放射性尘埃和中子感应机制,剩余粒子放射线从下列物质中产生:

  裂变产物。裂变产物是由铀或钚在裂变反应中产生的中等质量的同位素。在裂变反应中,实际上产生的产物有超过300种。大多数是放射性的,且半衰期的长短不一,区别很大。短则几分之一秒,长则在数年内都有致命的放射性。它们衰变的经典机制是释放beta和γ射线克的放射性裂变产物。引爆一分钟之后,裂变产物的放射性等同于3千万公斤的镭同时衰变,也就是大约1.1E21Bq。

  未裂变的装药。裂变物质的利用,在核武器中可谓是很不充分,大量的铀和钚在裂变前就被炸得四分五裂。这些核装药,以alpha衰变的形式缓慢地辐射,而它们的重要性也相对较小。

  中子感应效应。当一个原子核在中子爆发的时候捕获了中子,作为一种已知的必然机制,它将变为放射性并在较长的周期内放射beta和γ射线。中子爆发作为最原始的核放射线,必将引起残留的中子感应效应。另外,环境物质,如土壤、空气和水,也将被感应激发,这取决于它们的化学成分和距爆心的距离。举例来说,在近爆心的地区,土壤中的矿物质由于中子爆发会变成有致命放射性的同位素。这是由于多种元素具有中子捕获能力,像钠、锰、铝和硅这样的元素,都存在于土壤中且参与了中子感应效应。但这种效应并不重要,因为它只限于很有限的一块区域内。

  在近地面的爆炸中,大量的土壤或水分将被火球加热蒸发,上升成为放射云。这些物质凝结后,由于混合了裂变产物和中子感应产物,将变得具有放射性。较大的颗粒将在24小时内沉降到爆心附近(也与风速和天气有关),而较小的颗粒有可能会在全球大气系统中漂流数周以至数月。一些当地沉降物覆盖的面积会远远大于热辐射和冲击波的范围,特别是在大当量的核爆中。在水面附近的核爆中,尘埃颗粒将较小,下落的比例将较小,而分布的面积就会比较广大。大量海水中的盐和一些水分,可以作为凝结核,引起当地的降雨从而使当地的核沉降大大增加。

  全球放射性沉降的生物学破坏作用是由长半衰期的同位素在生物体内的富集主导的。像锶-90或铯-137这类元素,通过食物等进入人体。化学上,这些同位素和钙很像,他们会被误认为钙,而被吸收并沉积在骨骼中。这些高放射性的物质将会造成例如像白血病一类的放射性疾病。全球沉降的伤害效果毋庸置疑是小于当地的放射尘埃的。

  在普遍的情况下,冲击波和热辐射的杀伤将远大于放射线的伤害。但是,放射线的辐射伤害比冲击波和热辐射更加复杂,人们对它也存在误解。各式各样的生物变异将在辐射区内的动物中发生。全身摄入高剂量放射性元素的个体将会立即死亡,其他摄入剂量较少的个体将会苟活,但也会随后来的并发症而死去。

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