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 kymmenkertaiseksiKoivulehto s 55. == Painevaikutus == 1 megatonnin pintaräjähdys levittää 7 kPa (1 PSI) painevaikutuksen jopa 80,76 kilometrin päähän. Tämä aiheuttaa talojen muuttumisen asuinkelvottomaksi. 14 kPa (2 PSI) (katot ja ovet rikkoutuvat, talot luhistuvat osittain.) Teollisuusrakennukset tuhoutuvat 1 kt räjähdyksessä 350 metrin päässä 110 kPa:n paineessa, ja 1 Mt räjähdyksessä 5,5 kilometrin päässä 50 kPa:n paineessa 1 MT räjähdys kaataa puita ylipaineeseen nähden tehokkaammin, koska paineen kesto on pidempi. === 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. Koivukoski s 55 Kellarien vauriot * Talojen väestönsuojat kestävät 100-200 kPa. 1 Mt:n pintaräjähdyksessä kellarit sortuvat 7,7 km säteelläKoivukoski s 59 Räjähdyskorkeus jolla tulipallo ei kosketa maata 200*Y^(1/3) === Ihmisiin === *30 PSI kuolemaHow 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 *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 kPaLee'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 0,1 Joitain pieniä ikkunoita särkyy, jos esirasitusta 0,15 Tyypillinen ikkunojen halkeiluraja noin 0,2 Yksittäisiä ikkunoita särkyy ja seiniä halkeilee (Hiroshima) 0,3 Ilmassa lentävien esineiden raja, 2 kPa, "turvaraja" – 95 % todennäköisyydellä ei vakavia vaurioita. 0,5 8 m/s Lievä vaurio: Ikkunoita särkyy laajalti, sirpaleet vammauttavat. Ikkunoiden vauriot lievät. Lentokoneet vaurioituvat, mutta niillä voi lentääBlast effects of nuclear bomb SURVIVING DOOMSDAY -Clayton, from tables in THE EFFECTS OF NUCLEAR WEAPONS 1977 -Gladstone. 0,8 5,5 Ikkunat särkyvät, laasti irtoaa seinistä, pieniä vaurioita rakennuksille. 1 7 18,6 17 m/sWhy do people die when a bomb explodes? Ikkunalasit särkyvät, lieviä vammoja sirpaleista. Talot asuinkelvottomaksi. Puutalot vaurioituvat lievästi, ikkunat pahoin. 1,25 8,5 20 m/s Ihmiset kaatuvat. 1,5 23 m/s 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 Lievä talon vaurio, lasit, kattotiilet. 1,65 11,3 Talojen puuseinät vaurioituvat. 1.75 27 m/s Jotkut lasinsirut lentävät ohuiden seinien läpi. Talot asuinkelvottomiksi, mutta vauriot korjattavissa. 2 14 ? 31 m/s Vähäiset vauriot. Katot, kevyet väliseinät ja ovet rikkoutuvat. Seisovat ihmiset saattavat lentää jaloiltaan ja vammautua. Vielä 2–3 PSI lennättää ihmisiä ulos toimistorakennuksista.Kokonaistutkimus ydinaseista, 2. painos, sivu 247 2,35 Betonitalojen, tiilitalojen seinät vaurioituvat. 3 21 9,5 45 m/s Asuinrakennukset sortuvat, vakavat vammautumiset tavallisia, ehkä kuolleita. Seisova ihminen kaatuu 1% todennäköisyydellä kuolettavasti. Teräsbetonirakennusten seinät lentävät pois. Avomaastossa tuulen mukana kulkevat esineet tappavat ihmisiä. 3,5 Puolet tavallisissa asuinrakennuksista seisovista kuolee. 4 Metsätiet poikki kaatuneiden puiden takia. 5 34 7,0 72 m/s Useimmat kevyet liikerakennukset ja asuinrakennukset sortuvat. Puurakennukset luhistuvat. 1% tärykalvoista halkeaa, yleensä vanhoilla. Vahvat rakennukset vaurioituvat pahoin. Vammautumiset tavallisia, kuolemaan johtavat yleisiä. Monesti tämä ilmoitetaan paineeksi, jossa 50% ihmistä kuolee.Väyrynen 1983, sivu 71 6 Ihmisruumis lentää niin, että 99% kuolemista voi johtua tästä. 7 Vahvistetut betonirakennukset vaurioituvat lievästi. Puolet tavallisissa asuinrakennuksissa makaavista kuolee. 10 70 4,8 130 m/s Useimmat ihmiset kuolevat, betonirakennukset luhistuvat tai vaurioituvat vakavasti. 12 Lähes kaikki kuolevat.Väyrynen 1983 15 Ylipaine aiheuttaa pieniä vaurioita keuhkoihin. 20 140 1,3 220 m/s Lähes kaikki kuolevat, vahvat betonirakennukset tuhoutuvat maan tasalle tai vaurioituvat vakavasti. 25 Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat. 30 Kaikki kuolevat. 35 Keuhkovauriot aiheuttavat 1% kuolleista. 45 99% tärykalvoista halkeaa 65 99% kuolleista aiheutuu keuhkovaurioista. === 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. Arviolta 50 megatonnin Tsar-bomba särki ikkunoita osittain vielä 900 kilometrin päässä räjähdyksestä.Big Ivan, The Tsar Bomba (“King of Bombs”) FAS 3 September 2007 Kaikki ikkunat särkyvät varmasti 0,5–1 PSI:ssa. 10 % särkyy 0,3 PSI:ssä, jossa esineet eivät yleensä lennä tuulen voimasta ja jossa vakavan vaurion todennäköisyys on vain 5 %.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) 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. == 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.Koivukoski 2003, s 57 ja laskema. 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 kmKoivukoski 2003, s 54 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 P_kPa=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 kmhttp://holbert.faculty.asu.edu/eee460/cjc/Blast_Wave_Damage.html Blast Wave Damage ja laskema. 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 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. 50 kPa eli 7.25 PSI vastaa tuulen nopeutta 100 m/s. == Katso myös == *Ydinräjähdyksen vaikutukset == Lähteet == Luokka: Ydinaseiden vaikutukset