Ydinaseiden polttovaikutukset

Ydinaseiden polttovaikutukset ovat ydinräjähdyksen kuumuudesta johtuvia kuumuuden aiheuttamia tuhoja, vammautumisia ja kuolemia. Näillä on suuri merkitys varsinkin isoilla räjähdystehoilla.

Noin 35 % räjähdyksen energiasta muuttuu lämpöenergiaksi.^[1] Suuri määrä lämpösäteilyä imeytyy ihmisen ihoon ja palaviin aineisin lyhyessä ajassa. Varsinkin suurissa vetypommiräjähdyksissä pommin lämpösäteily polttaa ihmisiä, eläimiä, kasveja ja rakenteita laajalla alueella suhteessa paineaallon tuhovaikutuksiin. Hyvin lähellä räjähdystä ihmiset haihtuvat ilmaan tai palavat karrelle. Kauempana syttyy tulipaloja ja ihmisille tulee eriasteisia palovammoja. Polttovaikutus riippuu polttavan säteilyn kestosta ja voimakkuudesta sekä kohteena olevan materiaalin laadusta, eli syttyvyydestä ja kyvystä imeä säteilyä. Jos useimmat materiaalit syttyvät, syntyy tuhoisa tulimyrsky, joka kestää tuntikausia ja voi imeä ihmisiä myrskytuulen voimalla tuliseen pätsiin. ^lähde?

Polttovaikutus

1 megatonnin räjähdys polttaa suojaamattoman ihon karrelle 12 km päässä, aiheuttaa rakkoja noin 14,5 km päässä ja voi polttaa ihon vielä 18 km päässä räjähdyksestä.^[2] Tulipaloja syttyy varmasti 9,3 km päässä maanpintakeksipisteestä, mahdollisesti vielä 12 km päässä.^[3] Käytännössä paineaalto sytyttää tulipaloja kauempanakin. Miten pahoja tulipaloja syntyy, riippuu rakennuskannasta ja kasvillisuudesta. Pahimmassa tapauksessa syntyy suuri palo, tulimyrsky, joka saattaa imeä ihmisiä palavaan pätsiin.^lähde? Tulimyrsky vaatii palavaa ainetta ainakin noin 40 kilogrammaa neliömetriä kohti. Tuulen on oltava alle 3,5 m/s. Hiroshimassa tulimyrsky tuhosi noin 11,5 km².^[4] Metsäpalo saattaa kuivissa oloissa levitä ainakin 10 km päähän.^[5] Hiroshimassa 190 J/cm² aiheutti 1 800 °C lämpötilan, mikä sulatti kattotiiliä.^[6] 25 J/cm² hiillytti puisia pylväitä, jotka eivät vielä syttyneet.

Räjähdystehon aiheuttamat palovammat

Kun räjähdysteho kasvaa, kasvaa myös palovamman syntymisen vaatima lämpösäteily. Räjähdysteho ilmoitettu kilotonneina tai megatonneina. Suluissa etäisyys räjähykspaikasta.

Iho palaa karrelle 20–40 J/cm² eli noin 5–10 cal/cm² lämmöstä.^[7]

Jos 50% ihosta palaa karrelle tai 100% palaa rakoille, ihminen kuolee. Jos pelkästään 50 % palaa rakoille, kuolee 50% todennäköisyydellä. Jos 10% palaa rakoille tai karrelle, kuolee 5%todennäköisyydellä.

Niinpä palovammat aiheuttavat varmoja kuolemia suojattomille 1 Mt ilmassa tapahtuvassa räjähdyksessä yli 17 km päässä maanpintakeskipisteestä.

Palovamman laji^[8]^[9]	20 kt	550 kt	1 Mt	20 Mt
ei palovammoja		7,5 J/cm² ^[10]
1. (punotus)	10,5 J/cm² (4,3 km)	13 J/cm² (50%, 17,3 km)^[10]	13,5 J/cm² (18 km)	21 J/cm² (52 km)
2. (rakkoja)	21 J/cm² (3,2 km)	26 J/cm² (50%, 12,7 km)^[10]	25 J/cm² (14,4 km)	35,5 J/cm² (45 km)
3. (karrelle)	33,5 J/cm² (2,7 km)	46 J/cm² (100%, 9,7 km)^[10]	42 J/cm² (12 km)	50 J/cm² (39 km)

Tulipalot

Metsäpaloja syttyy säteellä $R=0,8643\cdot Y^{0.40408}$ pintaräjähdyksestä.

Niinpä 1 Mt räjähde sytyttää metsän palamaan pintaräjähdyksessä vielä 14,3 km päässä. Useimmat muut palavat aineet synnyttvjät laajan yleispalon 12,5 km päässä ja monia erillispaloja syttyy 25 km päässä.^[11]

Riippuvuus räjähdystehosta

Polttovaikutus noudattaa räjähdystehon suhteen suunnilleen eksponenttia 2/5.

Maanpintaräjähdykselle on arvioitu seuraavia polttovaikutuksen yhtälöitä.^[12]

Palovammat:

3. asteen palovammat, karrelle, $R_{b}3=0,65+Y^{0,409}$

2. asteen palovammat, rakkoja, $R_{b}2=0,746+Y^{0,417}$

1. asteen palovammat, ihon punotus, $R_{b}2=0,9597+Y^{0,432}$

Tulipalot:

Yleispalo $R_{f}3=0,68+Y^{0,409}$
Erillispalo $R_{f}2=0,854+Y^{0,397}$
Metsäpalo $R_{f}1=0,864+Y^{0,404}$

Yhtälöissä Y on räjähdysteho kt, tulos etäisyys km räjähdyspisteestä.

Säteilyn polttovaikutus

Eri aineiden syttymiskynnykset riippuvat räjähdystehosta. Jos räjähteen voima on suurempi, aineiden syttyminen vaatii isompaa tehoa.

Herkästi syttyvien kuivan lahon puun ja pudonneiden lehtien syttymiskynnys riippuu lämpötilasta näin $J=10,914+Y^{0,120}$ Hienon heinän syttymislämpö riippuu räjähdystehosta näin

$J=13,2160+Y^{0,1255}$

missä J on lämpöenergia J/cm², Y räjähdysenergia kilotonneja.^[13]

Telttakankaan syttymislämpö näin:

$J=28,34+Y^{0,154}$

Kuusen neulasten syttymislämpö näin:

$J=25,62+Y^{0,134}$

8 J/cm² lämpöetäisyys suoraan räjähdyspisteestä noudattaa seuraavaa kaavaa, noin 0,6 km tarkkuudella:

$R_{8}=1,1+Y^{0,4584}$ ^[14]

20 J/cm² lämpöetäisyys suoraan räjähdyspisteestä noudattaa seuraavaa kaavaa, noin 0,6 km tarkkuudella:

$R_{2}0=0,7+Y^{0,4656}$

40 J/cm² lämpöetäisyys noudattaa karkeasti kaavaa

$R_{8}5=0,5+Y^{0,4702}$

85 J/cm² lämpöetäisyys noudattaa karkeasti kaavaa

$R_{8}5=0,36+Y^{0,4727}$

105 J/cm² lämpöetäisyys noudattaa karkeasti kaavaa

$R_{1}05=0,32+Y^{0,4732}$

Näkyvyyden vaikutus

Suurkaupungeissa on ilmassa pölyä ja muuta saastetta. Tämä vähentää näkyvyyttä. Niinpä suurkaupungin esikaupunkialueella on näkyvyys 30–40 km ja kaupungin keskustassa 10–20 km. Niinpä esikaupunkialueella tulee kertoa ilmaräjähdyksen tietyn lämpömäärän vastaanottava säde kertoimella 0,9 ja kaupungin keskustassa kertoimella 0,75.^[15] Niinpä sininen puuvillainen työpukukangas syttyy megatonnin pommilla 113 J/cm² lämpömäärällä.^[16] Tämä on hyvällä näkyvyydellä suunnilleen etäisyydellä 8,4 km.^[17] Esikaupunkialueella sama kangas syttyy on 7,6 km etäisyydellä itse räjähdyspisteestä ja kaupungin keskustassa 6,3 km.

500 kilotonnin räjähdys 1,77 km korkeudessa:^[18]

Palovammat 50%:n todennäköisyydellä.

Palovammalaji, Kirkas, Ohutta utua, Utua
I 14 km, 10,3 km, 6,4 km
II 11,3 km, 8,7 km, 5,4 km
III 9,5 km, 7,6 km, 4,8 km
Näkyvyys 19,3 km, 9,7 km, 4

Tämän mukaan udussa 4 km näkyvyydellä 4,8 km päässä räjähdyspaikasta tulee III asteen palovammoja.

Kuumuuden aiheuttamia vaikutuksia

n. 145 J/cm²: puu syttyy yleensä^[19]
105 J/cm²: laajat tulipalot varmoja
88 J/cm²: khakinvärinen puuvillavaate syttyy^[20]
65 J/cm²: laajat palot todennäköisiä.
40 J/cm²: paperin syttymisen yläraja, laajat palot mahdollisia.
40 J/cm²: III asteen palovammat 50 % varmuudella, jos räjähdysteho 550 kt.^[9] Iho palaa mustalle karrelle.
35 J/cm²: ruoho syttyy.
26 J/cm²: 550kt, 50% varmuudella II asteen palovammat, puiden lehdet syttyvät, käytännössä laajoja tulipaloja.
10 J/cm²: paperin syttymisen alaraja.
13 J/cm²: 1,15 Mt:lla I asteen palovammat 50 % varmuudella. Iho palaa punaiseksi.
8,5 J/cm²: lämpösäteily ei aiheuta vammaa.^[19]

Katso myös

Ydinräjähdyksen vaikutukset

Lähteet

Janne Koivukoski, Olli Paakkola, Pekka Myllyniemi: Ydinaseet, vaikutukset ja suojautuminen. Suomen pelastusalan keskusjärjestö, 2003. ISBN 9789517971485

Viitteet

↑ Effects of nuclear explosions Nato handbook on the medical aspects of nbc defensive operations AMedP-6(B). Viitattu 31.01.2018.
↑ Effects of Nuclear Explosions nuclearweaponarchive.org. Viitattu 5.9.2017.
↑ See the immense area destroyed by a nuclear firestorm (Arkistoitu – Internet Archive)
↑ Firestorms AtomicArchive
↑ Nuclear Threat
↑ [1] (Arkistoitu – Internet Archive)
↑ Koivukoski 2003, s 66
↑ Thermal Effects of Nuclear Explosions: (Arkistoitu – Internet Archive) Nuclear Files, Nuclear Peace Foundation, 1998-2017,
↑ ^a ^b Vulnerability of populations and the urban health care systems to nuclear weapon attack - Examples from four American cities Bell, Dallas, DOI: 10.1186/1476-072X-6-5
↑ ^a ^b ^c ^d Nukemap 550 kt, New York
↑ Koivukoski 2003, s 59
↑ Koivukoski 2003, 59 ja laskelma
↑ Koivukoski 2003, 64 ja laskelma
↑ Koivukoski 2003, 65 ja laskelma
↑ Koivukoski 2003, s 64
↑ Koivukoski 2003, s 64
↑ Koivukoski 2003, s 65
↑ 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
↑ ^a ^b Nukemap Alex Wellerstein, Nukemap, 2017
↑ [2] Lecture Weapons effects, princeton edu

[Effects.of.nuclear.explosions.3-1] Effects of nuclear explosions Nato handbook on the medical aspects of nbc defensive operations AMedP-6(B). Viitattu 31.01.2018.

[2] Effects of Nuclear Explosions nuclearweaponarchive.org. Viitattu 5.9.2017.

[nuclear_darkness_firestorm-3] See the immense area destroyed by a nuclear firestorm (Arkistoitu – Internet Archive)

[4] Firestorms AtomicArchive

[nuclear_treat-5] Nuclear Threat

[6] [1] (Arkistoitu – Internet Archive)

[Koivukoski_2003_66-7] Koivukoski 2003, s 66

[Holbert_2017-8] Thermal Effects of Nuclear Explosions: (Arkistoitu – Internet Archive) Nuclear Files, Nuclear Peace Foundation, 1998-2017,

[Bell_Dallas_2007-9] Vulnerability of populations and the urban health care systems to nuclear weapon attack - Examples from four American cities Bell, Dallas, DOI: 10.1186/1476-072X-6-5

[nukemap_550_ny_1-10] Nukemap 550 kt, New York

[Koivukoski_2003_59-11] Koivukoski 2003, s 59

[12] Koivukoski 2003, 59 ja laskelma

[Koivukoski_2003_64-13] Koivukoski 2003, 64 ja laskelma

[14] Koivukoski 2003, 65 ja laskelma

[15] Koivukoski 2003, s 64

[16] Koivukoski 2003, s 64

[17] Koivukoski 2003, s 65

[18] 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

[nukemap-19] Nukemap Alex Wellerstein, Nukemap, 2017

[20] [2] Lecture Weapons effects, princeton edu

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]