На долю светового излучения ядерного взрыва приходится значительная часть всей выделяемой энергии — примерно 35%. Во время ядерной вспышки образуется светящаяся область, которая испускает, подобно солнцу, излучения в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой части электромагнитного спектра. Чем мощнее заряд, тем больше размеры этой светящейся сферы. В иностранной печати сообщалось, что при воздушном взрыве боеприпаса мощностью 1 мгт радиус сферы достигает 885 м, а при заряде в 10 мгт — около 2780 м.
Световое излучение может наносить поражение людям на больших расстояниях от эпицентра. Так, при хорошей прозрачности атмосферы взрыв мощностью 1 мгт, как сообщалось в зарубежной печати, способен нанести ожоги второй степени людям на расстоянии до 18 км, а взрыв мощностью 10 мгт — до 35 км. Заметим, что слова «при хорошей прозрачности атмосферы» сказаны здесь не случайно. Состояние атмосферы играет существенную роль в распространении светового излучения и воздействии его на людей и технику. Не меньшее значение имеет и то, какие материалы встречает свет на своем пути: из чего, например, изготовлена одежда солдат и офицеров. При решении этих вопросов и в первом и во втором случае на помощь специалистам приходит знание законов физики и их рациональное использование. Рассмотрим эти проблемы так, как они освещаются в зарубежной печати. Для начала проследим путь светового луча, ядерного взрыва в атмосфере, а потом взаимодействие его с одеждой человека и другими материалами.
Итак, преграда первая — атмосфера. Она представляет собой среду, состоящую из сложной смеси газов (азота, кислорода, аргона и углекислого газа), водяного пара и твердых частиц (пыли, дыма, сажи). Если количество газов в атмосфере практически неизменно, то количество других примесей может сильно меняться в зависимости от метеорологических условий и географического положения.
Проходя сквозь атмосферу, световое излучение испытывает двоякую потерю — от рассеяния и поглощения. В первом случае частицы, находящиеся в атмосфере, отклоняют лучи от первоначального направления, во втором — лучистая энергия переходит в другие виды энергии, но главным образом — в тепловую. Учет ослабления светового излучения в атмосфере представляет собой сложную задачу. Для его количественной оценки на практике пользуются коэффициентом прозрачности, под которым понимают отношение количества световой энергии, прошедшей через слой атмосферы толщиной 1 км, к энергии, вступившей в этот слой.
Обычно коэффициент прозрачности связывают с дальностью видимости больших темных предметов над горизонтом в дневное время, которая определяется метеорологическими условиями. Например, при дальности видимости 16 км (городские условия) на расстоянии 1 км от центра взрыва коэффициент прозрачности равен 0,8, а на расстоянии 6,1 км от центра взрыва — 0,55. При дальности видимости 80 км (очень ясная погода) на этих же расстояниях коэффициенты прозрачности соответственно равны 0,90 и 0,75.
Сильную преграду на пути распространения световых лучей создают плотные туманы, и особенно облака. При толщине облака 700–800 м отражается примерно 75–80 % падающего на него светового излучения. Средний коэффициент отражения облаков, рассчитанный с учетом их распространенности, форм и толщины, составляет около 50–55 %.
Таким образом, естественные туманы и облака оказывают на световое излучение взрыва существенное ослабляющее воздействие. Однако наличие, их над полем боя, районом сосредоточения войск или каким-либо объектом — явление случайное. Естественно, возник вопрос: нельзя ли туманы и облака создать искусственно, когда это необходимо в прямых целях защиты от светового излучения?
За рубежом проводились специальные опыты с искусственными дымовыми завесами, чтобы выявить степень ослабления ими светового излучения. За 10 минут до ядерного взрыва с помощью дымовых машин производился дымопуск. Образовавшийся масляный туман ослабил воздействие светового излучения на различную технику на 65–90 % в зависимости от расстояния до эпицентра взрыва. По заключению американских военных специалистов, световой импульс в зоне значительного избыточного давления был снижен благодаря дымовой завесе до 3 кал/см2. Эта величина импульса считается порогом средней тяжести ожогов открытых участков тела и воспламенения горючих материалов. Плотность поставленной дымовой завесы при расходе масла 440–620 л на 1 км2 примерно соответствовала плотности дымов, используемой для маскировки. Однако считается, что для достижения эффективного ослабления светового излучения концентрация дыма должна быть увеличена по сравнению с указанной в 1,5–2 раза. Ставились опыты и с другими дымами, которые в ряде случаев оказались эффективнее масляных туманов.
Проводятся также опыты по быстрой постановке дымовых завес. Обычно для этого используются выливные приборы, подвешиваемые к самолетам. Принцип действия одного из таких приборов, описанный в печати, заключается в следующем. Прибор заполняется жидкой дымовой смесью и большим количеством полых алюминиевых шариков. При опорожнении прибора часть дыма образуется на высоте полета самолета, а другая — на разных высотах благодаря разбрызгиванию дымовой смеси шариками. Третья часть дыма создается у земли, при ударе шариков о грунт и выбрасывании ими остатков жидкости. Сообщалось, что таким способом самолет может поставить за 25 сек. сплошную вертикальную дымовую завесу высотой 160 м.
Рассмотрим теперь взаимодействие светового излучения и непрозрачных тел. Падая на поверхность непрозрачного тела, световое излучение частично отражается и поглощается. Его поражающее действие определяется поглощенной частью световой энергии. Если она достаточно велика, то происходит сильное нагревание тела, а вследствие этого — обугливание, воспламенение, оплавление или прожиг.
Температура нагрева тел в большой степени зависит от коэффициента поглощения. Темные тела поглощают намного больше световых лучей, чем светлые. Так, черная краска поглощает 96 % падающего на тело светового излучения, белая — 18, белая ткань — 25, материал цвета хаки — 60, а черное сукно — 99 %. Значит, более стойкими к световому излучению будут материалы светлых тонов. Еще в Хиросиме и Нагасаки было замечено, что люди, одетые в белую или других светлых тонов одежду, получили менее сильные ожоги, чем одетые в темное.
Из школьного курса физики каждому известны такие свойства тел, как теплопроводность и теплоемкость. Они также способствуют большему или меньшему нагреванию материалов при воздействии светового излучения. Так, очевидно, чем больше теплопроводность и теплоемкость тела, тем больше требуется световой энергии, чтобы нанести ему поражение в той или иной степени. Свойством проводить тепло объясняется также то обстоятельство, что более толстое тело меньше поражается световым излучением. Установлено, например, что у тонких металлических пластин, таких, как обшивка самолета, температура нагрева обратно пропорциональна толщине. При световом импульсе, равном 100 кал/см2, и коэффициенте поглощения 0,25 дюралевая пластина толщиной 0,1 см получает прирост температуры примерно на 440°. Если же взять пластину толщиной 0,2 см, то прирост температуры будет в два раза меньше, то есть 220°. Таким образом, у более толстых тел за время их освещения часть тепловой энергии успевает распространиться на большую глубину.
На стойкость тканей от воздействия светового излучения влияет множество факторов. Изучая их, специалисты установили, в частности, следующие особенности различных материалов. Шерсть оказывает большее сопротивление действию светового излучения, чем хлопок, а он легче поддается воздействию светового излучения, чем нейлон. Ткани из легких материалов повреждаются при меньшем световом импульсе, нежели изготовленные из тяжелых материалов. Влажные ткани требуют для поражения значительно больший световой импульс, чем сухие. Эти выводы и учитываются при создании образцов техники и обмундирования для личного состава войск.
Еще одно направление в поисках защиты от светового излучения — это создание специальных средств для предохранения органов зрения, весьма чувствительных к яркому свету. Здесь, как отмечалось в печати, приходится привлекать данные из области не только оптики, но и автоматики. Так, в США уже в течение нескольких лет разрабатываются автоматические приборы для защиты глаз, принцип работы которых сводится к следующему. Световая вспышка воспринимается светочувствительным элементом, который приводит в действие специальный механизм. С его помощью в очки вводится светонепроницаемый материал. Один из способов затемнения очков — впрыскивание графита в виде суспензии между двумя стеклянными пластинками. Суспензия покрывает внутреннюю поверхность пластин, защищая глаза от поражения. Графит хранится в маленьком резервуаре, закрытом тонкой мембраной, которую разрывает давление газов при взрыве маленького заряда. Подобный прибор проходил испытания на перископе танка и в телескопическом прицеле. Существенным его недостатком считают одноразовость действия.