Ydinaseiden painevaikutukset

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 vamamutumisia, 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 sromahtavat, lähes kaikki kuolevat. [4]

Kellarien vauriot

  • Talojen väestönsuojat kestävät 100-200 kPa[5]. 1 MT:n pintaräjähdyksessä kellarit sortuvat 7,7 km säteellä[6]

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

Ihmisiin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • 30 PSI kuolema[7]
  • 15 psi keukot 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 hnoin 3 metriä.
  • 1 PSI nanhkaan haavoje lasinsirpaleista, lasinsirut lentävät noin 3 m.

Tarkka painetaulukko[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[8]

[9]

0,1 Joitain pieniä ikkunoita särkyy,[8] jos esirasitusta
0,15 Tyypillinen ikkunojen halkeiluraja[8]
noin 0,2 Yksittäisiä ikkunoita särkyy ja seiniä halkeilee (Hiroshima)
0,3 Ilmassa lentävien esineiden raja, 2 kPa,[8] "turvaraja" – 95 % todennäköisyydellä ei vakavia vaurioita.[8]
0,5 8 m/s Lievä vaurio: Ikkunoita särkyy laajalti, sirpaleet vammauttavat. Ikkunoiden vauriot lievät. lentokoneet vaurioituvat, mutta niillä voi lentää[10].
0.8 5,5 Ikkunat särkyvät, laasti irtoaa seinistä, pieniä vaurioita rakennuksille[9]
1 7 18,6 17 m/s[11] Ikkunalasit särkyvät, lieviä vammoja sirpaleista. Talot asuinkelvottomaksi.[8] Puutalot vaurioituvat lievesti, ikkunat pahoin[10].
1.25 8,5 20 Ihmiset kaatuvat.[9]
1.5 23 m/s[12] Lievä talon vaurio, lasit, kattotiilet[10].
1.65 11,3 Talojen puuseinät vaurioituvat.[9]
1.75 27 m/s Jotkut lasinsirut lentävät ohuiden seinien läpi. Talot asuinkelvottomiksi, mutta vauriot korjattavissa.
2 14 ? 31 m/s[11][13] Vähäiset vauriot. Katot, kevyet väliseinät ja ovet rikkoutuvat. Seisovat ihmiset saattavat lentää jaloiltaan ja vamamutua[10]. Vielä 2–3 PSI lennättää ihmisiä ulos toimistorakennuksista.[14]
2.35 Betonitalojen, tiilitalojen seinät vaurioituvat.[9]
3 21 9,5 45 m/s[11] Asuinrakennukset sortuvat, vakavat vammautumiset tavallisia, ehkä kuolleita. Seisova ihminen kaatuu 1% todennäköisyydellä kuolettavasti[10]. Teräsbetonirakennusten seinät lentävät pois. Avomaastossa tuulen mukana kulkevat esineet tappavat ihmisiä.
3,5 Puolet tavallisissa asuinrakennuksista seisovista kuolee.
4 Metsätiet poikki kaatuneiden puiden takia[10].
5 34 7,0 72 m/s[15] Useimmat kevyet liikerakennukset ja asuinrakennukset sortuvat. Puurakennukset luhistuvat. 1% tärykalvoista halkeaa, yleensä vanhoilla[10]. Vahvat rakennukset vaurioituvat pahoin. Vammautumiset tavallisia, kuolemaan johtavat yleisiä.[16] Monesti tämä ilmoitetaan paineeksi, jossa 50% ihmistä kuolee.[17]
6 Ihmisruumis lentää niin, että 99% kuolemista voi johtua tästä[10].
7 Vahvistetut betonirakennukset vaurioituvat lievästi[10]. Puolet tavallisissa asuinrakennuksissa makaavista kuolee.lähde?
10 70 4,8 130 m/s[11] Useimmat ihmiset kuolevat, betonirakennukset luhistuvat tai vaurioituvat vakavasti.lähde?
12 Lähes kaikki kuolevat.[18]
15 Ylipaine aiheuttaa pieniä vaurioita keuhkoihin[10].
20 140 1,3 220 m/s[11] Lähes kaikki kuolevat, vahvat betonirakennukset tuhoutuvat maan tasalle tai vaurioituvat vakavasti.lähde?
Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat[10].
30 Kaikki kuolevat.lähde?
25 Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat[10].
35 Keuhkovauriot aiheuttavat 1% kuolleista.
45 99% tärykalvoista halkeaa
65 99% kuolleista aiheutuu keuhkovaurioista[10].

Ikkunoiden särkyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Painevauriot jollekin rakennetyypille riippuvat rakenteiden ominaisuuksista ja voivat vaihdella huomattavastikin tilanteen mukaan. Yleisemmin Hiroshimassa ikkunoita särkyi 15 kilometrin päässä räjähdyken pintanollapisteestä, ja joissain tapauksissa jopa 27 kilometrin päässä.[19] Arviolta 50 megatonnin Tsar Bomba särki ikkunoita osittain vielä 900 kilometrin päässä räjähdyksestä.[20]

Kaikki ikkunat särkyvät varmasti 0,5–1 PSI:ssa.[21] 10 % särkyy 0,3 PSI:ssä, jossa esineet eivät yleensä lennä tuulen voimasta ja jossa vakavan vaurion todennäköisyys on vain 5 %.[21] 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.[21]


Rakenteiden tuhoutuminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[22]. 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[23] 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 kmlähde?. Kevyet lelentokoneet 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Paine etäisyydestä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sadovskyn kaavaan pohjautuva ydinaseille sovitettu räjähteen etäisyys-painekaava[24]

Jossa m räjähtävä ainemäärä kg,(1 kt=1000000 kilogrammaa), p_kPa paine kilopascalia, ja r etäisyys metreinä räjähdyspaikasta.

Etäisyys paineesta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Alla pari hyvin likimääräistä kaavaa

Ylipaine noudattaa suunnilleen kaavaa

jossa ylipaineen yksikkö on psi ja etäisyys km[25].

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

jossa annetaan yksikössä kPa ja etäisyys km

Tuulen nopeus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tuulen nopeus lasketaan paineesta kaavalla

,

missä cs 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.[26] 50 kPa eli 7.25 PSI vastaa tuulen nopeutta 100 m/s.[3]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Koivulehto s 55
  2. a b Overpressure Levels of Concern NOAA, Office of Response and Restoration. Viitattu 3.11.2012. (englanniksi)
  3. a b c Effects of nuclear weapons (from the book “Nuclear Weapons” by Charles S Grace) caps.org.pk. wayback machine. Viitattu 3.11.2012.
  4. Koivukoski s 55
  5. Koivukoski s 55
  6. Koivukoski s 59
  7. 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
  8. a b c d e f Lee's Loss Prevention in the Process Industries: Hazard Identification, Assessment, and Control, (nide) 1 Mannan, Lees, Elsevier 2005
  9. a b c d e Spreadsheet of blast and thermal radiation effects
  10. a b c d e f g h i j k l m Blast effects of nuclear bomb SURVIVING DOOMSDAY -Clayton, from tables in THE EFFECTS OF NUCLEAR WEAPONS 1977 -Gladstone
  11. a b c d e Why do people die when a bomb explodes?
  12. [1] Destructive efefcts 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. [2]
  14. Kokonaistutkimus ydinaseista, 2. painos, sivu 247
  15. [3]
  16. Carey Sublette: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions Section 5.0 Effects of Nuclear Explosions The Nuclear Weapon Archive. 1997. (englanniksi)
  17. Väyrynen 1983, sivu 71
  18. Väyrynen 1983lähde tarkemmin?
  19. 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.
  20. Big Ivan, The Tsar Bomba (“King of Bombs”) FAS 3 September 2007
  21. a b c 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)
  22. Koivukoski 2003, s 57 ja laskema
  23. Koivukoski 2003, s 54
  24. [4]
  25. http://holbert.faculty.asu.edu/eee460/cjc/Blast_Wave_Damage.html Blast Wave Damage ja laskema
  26. Destructive Effects of Nuclear Weapons (PDF) (luentokalvot) 2004. ISNAP, University of Notre Dame. Viitattu 3.11.2012.