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核化生武器损伤与防护,贺 强 吉林大学公共卫生学院 heq@jlu.edu.cn,核化生武器损伤与防护,Jilin University,,,,,,Jilin University,核武器损伤与防护,化学武器损伤与防护,生物武器损伤与防护,核化生武器损伤与防护,核武器：又叫原子武器。它是利用原子核反应引起各种效应导致瞬间释放出巨大能量，起杀伤破坏作用的武器。一般泛指原子弹、氢弹和中子弹。,化学武器：为杀伤对方有生力量和牵制对方军事行动而使用的各种化学战剂(或称军用毒剂)弹药及其施放器材，,生物武器：装有生物战剂的各种施放装置旧称细菌武器。,一、核武器损伤与防护,,Jilin University,,核化生武器损伤与防护,核武器标识,电离辐射警告标志,作用于人体的电离辐射源,天然辐射源( Natural radiation source),宇宙辐射：来自大气层外的辐射 陆地辐射：来自地壳物质中存在的天然 放射性核素产生的辐射。 人类活动,宇宙辐射cosmic radiation,宇宙射线的组成,大气中宇宙射线簇射模式图,（一）、威力无比的核武器,核武器是以核裂变或核聚变或两者兼容而制成的大规模杀伤性武器。 不可控核裂变或核聚变反应,1kg梯恩梯炸药（TNT）释放的能量为4.2×106焦耳 1kg铀-235裂变释放的能量为8×1013焦耳 1kg铀-235裂变释放的能 量相当于2万吨TNT炸药 1 1kg氘、氚聚变释放的 能量相当于8万吨TNT炸药,梯恩梯（TNT）当量,TNT当量是指核爆炸时放出的能量相当于多少吨TNT炸药爆炸时释放出的能量。,E=mc2 此式称为相对论质能联系定律或质能关系。 Einstein mass-energy equation 原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和。组成原子核的Z个质子和（A-Z）个中子的质量和与该原子核质量之差称为该原子核的质量亏损。与质量亏损Δm（Z，A）相联系的能量，表示自由状态的单个核子结合成原子核时所放出来的能量，称为原子核的结合能。,原子核的结合能与核子数之比称为每个核子的平均结合能或比结合能，用符号ε表示。 ε= EB/A 比结合能的物理意义是：把质量数为A、电荷数为Z的核打碎成自由核子时，平均要对每个核子所做的功。ε表征了原子核的松紧程度。ε大，核结合紧，稳定性高；ε小，核结合松，稳定性差。 氦核Δm（2，4）= 2×1.007825+2×1.008665-4.002603=0.030377u=28.296MeV,核子的平均结合能曲线中间高两头低，即中等核的核子平均结合能比轻核和重核的都大。这说明自由核子结合成中等核时平均每个核子放出的能量最多，因此中等核子最稳定。凡是核子平均结合能小的原子核转变成核子平均结合能大的原子核都能释放出能量，因此，轻核聚变和重核裂变都可以释放出大量的能量。,压拢法原子弹原理图,空中爆炸 地面爆炸 水下爆炸,核武器爆炸方式,氢弹结构示意图,三相弹构造图,中子弹构造原理 中子弹是增强辐射弹，弱冲击波，一般为千吨级TNT当量，可用战术导弹和榴弹炮发生，对付坦克和堡垒里面的敌人。,,由于中子弹的当量小，一般威力为1千吨梯恩梯当量，要求引爆用的原子弹更小，使其制造的难度很大。中子弹是最具有实战价值的一种小型核子武器...中子弹可以在登陆作战期间可瞬间摧毁敌飞机机库杀伤敌军作战人员,贫铀弹 不是核武器，是以贫铀为主要材料制成的炸弹、炮弹或枪弹,贫铀，是从金属铀中提炼出核材料铀235以后得到的副产品，其主要成分是放射性较弱的铀238，故称贫化铀，简称贫铀。它的密度为19.1克／立方厘米，是钢密度的2.4倍，与钨相近。但是，铀蒸气有毒，贫铀也不是绝对不含铀235和铀234，并且铀238也有弱的放射性，贫铀弹是以高密度、高强度、高韧性的贫铀合金做弹芯，爆炸时，能产生高温化学反应，穿透力极强，性能好于钨合金弹芯。其主要成分是铀238，具有一定的放射性，对人体及自然生态环境危害极大。,自然界里的铀是由铀２３４、铀２３５及铀２３８三种放射性同位素组成。只有铀２３５是裂变元素，能够用于生产核武器及核反应堆燃料。当浓缩铀被提取后，剩下的绝大多数是铀２３８，以及少量的铀２３５和铀２３４，被称为贫铀。 　　贫铀弹应用于军事领域主要表现在二个方面，它既可作利矛又可作坚盾。贫铀粉末是一种易燃易爆物质，在常温下就能自燃。在磨擦或撞击时，能在空气中氧化燃烧，释放出大量能量并发生爆炸。用贫铀做成的金属棒在动能的驱使下撞击到物体上后表现出自发锐性特征，穿透能力远高于一般的穿甲弹。从２０世纪５０年代开始，美国就开始研究制造各种贫铀武器。７０年代新研制的种型穿甲弹开始装备部队。同时，由于贫铀的密度极高是钢的２倍多，与其它金属制成合金后密度更高，因此，贫铀合金又被广泛应用于其它领域，在军事装备上用途最广的就是装甲车的防护装甲。装上这种装甲的车辆一般的炮弹就难以穿透它。现在，美军的装甲车一般都加装有贫铀合金层。,（二）、核武器杀伤破坏作用,,原子弹爆炸时毁伤作用能量分配图 （电磁脉冲份额小）,,,核武器的杀伤因素，主要包括冲击波、光辐射、早期核辐射、核电磁脉冲和放射性沾染。通常原子弹空中爆炸时，冲击波约占总能量的50％，光辐射约占35％,早期核辐射约占5％，放射性污染约占10％。氢弹空中爆炸时，冲击波与光辐射的总份额有所增加，而放射性沾染的份额则减少，增减额随聚变－裂变比的不同而异。无论哪种核武器爆炸，电磁脉冲的能量份额都很小，但对电子和电气设备等目标的破坏作用却很大。,1、冲击波,核爆炸形成的高温高压气团以极高的速度向外膨胀，猛烈压缩和推动周围介质所产生的高压脉冲波。其特性与传播规律和普通炸药爆炸的冲击波相似，但其超压和动压值比普通炸  药爆炸时大得多，作用时间也长得多，当压力恢复到正常值以后，还有较明显的负压作用期。当量为万吨以上的核弹在空中和地面爆炸时，冲击波是在较大范围内起杀伤破坏作用的主要因素。它作用于地面形成的地内压缩波和地震波，对爆心投影点附近地面和地下目标有很大破坏力。触地或浅地下爆炸形成弹坑的过程，也会对地下目标造成严重破坏。核弹在水下爆炸产生的冲击波，可摧毁水中舰艇和设施。,2、光辐射,核爆炸形成的高温高压火球，在头几十秒内辐射出极其强烈的光和热。其强弱用光冲量表示，即火球在发光时间内投射到与光辐射传播方向垂直的单位面积上的能量。大气能见度差则光冲量值小。其他条件相同时，空中爆炸的光冲量比地面爆炸大。光辐射是核弹空中爆炸和地面爆炸时造成杀伤破坏的重要因素。它对物质的作用主要是热效应。物体吸收能量后温度迅速上升，以至燃烧或熔化。因此，物体吸收光辐射的能力对破坏程度有重要影响。光辐射对人员的伤害主要是烧伤，照射到人的体表会引起直接烧伤;使衣服或所处环境着火可造成间接烧伤;强光可使人眼底烧伤或暂时失明，即“闪光盲”。光辐射引起的火灾可造成大范围的破坏。,3、早期核辐射,亦称贯穿辐射，核爆炸头十几秒内所放出的具有很强贯穿能力的中子和γ射线，主要由弹体内的核反应产生，或从裂变产物中释放，或由中子与空气作用放出。早期核辐射可直接或间接使物质电离，造成辐射损伤。中子还可使某些物质产生感生放射性。早期核辐射对人员和物体的损伤程度取决于吸收剂量，单位是戈瑞。早期核辐射的强度由于空气吸收，随距离的增加衰减很快。因此,即使千万吨级的大气层核爆炸,早期核辐射杀伤破坏半径也不超过4公里,其主要杀伤破坏对象是人员和电子器件。 人员在短时间内受到1戈瑞以上剂量照射时，会发生急性放射病。电子器件在大剂量或高剂量率作用下会严重损坏。,中子弹主要以此达到杀伤效果。1枚1千吨当量的中子弹，在距离爆心800米处的核辐射剂量，为同样当量纯裂变武器的10倍左右，其爆炸释放出的能量分配大致为早期核辐射40%，冲击波34%，光辐射24%，而放射性沾染只有2%。因此，和同当量的普通核弹相比，中子弹使用后留下的环境污染问题是比较轻微的。,辐射损伤,（1）、确定性效应 确定性效应( Deterministic effects ) 确定性效应是发生概率和严重程度都随着剂量而改变的效应，这种效应存在某一剂量阈值。 主要的确定性效应是皮肤损伤、眼晶体白内障、再生障碍贫血和不育。,1）．皮肤 明显可见的皮肤效应是色素的改变和脱皮。当累积吸收剂量达15～20 Gy时，即可出现色素变化，治疗肿瘤即使其总剂量是在数周内以分次方式通过有限面积的皮肤照射，皮肤出现的确定性效应也是如此。 2）．消化系统 口腔、咽部、食管和肛门的鳞状上皮细胞对治疗性照射的反应类似于皮肤反应。而胃、小肠和大肠的腺体对辐射的耐受性较差。正常成人的小肠上皮细胞是机体中更新最快的细胞。 辐射照射小肠一次超过10 Gy，整个小肠就会因丧失覆盖的肠上皮细胞而致死。在70 d内分30次给予高达40～45 Gy的剂量照射小肠，能被耐受，只伴有轻度腹泻。,3）．肝脏 常规分次照射肿瘤的累积剂量如果超过35 Gy，发生放射性肝炎的可能性明显增加。成年患者全肝照射的“安全”剂量为每次3 Gy，在1.5～2周内给予的总剂量为2l一24Gy。 4）造血系统 正常成人主要是由头颅、脊椎、胸骨、肋骨和骨盆的骨小梁中的红骨髓造血；儿童期长骨骨髓在造血过程中也起很大作用。一次超过O.5～1 Gy的全身均匀照射会引起外周血中白细胞和血小板的减少，在照后约3周达到最低水平。正常造血干细胞能迁移到受过照射的骨髓中进行再增殖。以累积剂量30Gy或30 Gy以上给予局部照射时，对整个造血系统影响很小；而接受0.05～0.1 Gy的全身照射则会导致外周血中淋巴细胞死亡。,5）．心脏 在对乳腺癌、何杰金病和肺癌患者施行放射治疗后几个月到几年可能发生心脏的辐射损伤效应。主要表现是心包炎。这种并发症的发生率与心脏受照体积、辐射剂量和分次照射方式有关。当心脏受照体积≥60％时，发生心包炎的概率达5％时所需的常规分次照射总剂量为40 Gy。 6）．眼睛 在0．5～2 Gy的单次照射下即可观察到晶体的轻微混浊；5 Gy或5 Gy以上的照射可能发生严重的进行性白内障。,7）．神经系统 脑部每天受到1.8 Gy左右剂量的照射，当总剂量达45～50 Gy时会引起暂时性头痛、困倦、恶心和增加癫痫发作的危险，一般在几周至几个月内发生。 8）．生殖系统 对于40岁的妇女，生殖腺一次受到约3Gy剂量的照射能诱发停经和永久性绝育；相同的剂量在20岁的女子中，只能引起暂时性闭经。睾丸单次受到0.15Gy剂量照射可使精子计数降低，而产生永久性不育所需的剂量至少还要大10倍。,（2）、随机性效应( Stochastic effects ) 随机效应是发生概率（而非严重程度）随剂量增加而增加，效应与剂量呈线性关系，它不存在阈值。主要的随机效应是致残的遗传障碍和癌症。,Little Boy Fat Man,他认为死亡人数不超过24000人，这个数字（后来显示为75000多人，另有75000人受伤，还有无数的人因遭辐射疾病而后来相继死亡。）很大程度上是空防避难所设计太差和地方当局拒绝认真对待空袭警报的结果。他后来在他的报道中说，“长崎这里没有人能够说明这枚炸弹与其它的炸弹有什么不同之外，除了闪光的范围更大，冲击的力量更强外。”然而，当他在长崎周围走访了更多的地方，访问了充斥着病人和死亡人员的医院，目击了被夷平了的城市并与那些无法帮助如此多病人、束手无策的日本医生谈论后，韦勒这才明白，肯定是发生了一些可怕的东西。许多被送到医院抢救的人对治疗没有反应。,他目击了儿童的皮肤上长出了红色的斑点，人们的头发脱落了，病人的舌头变黑了，牙关紧锁。一家医院的医生告诉他，就在核爆炸后一个月，这里每天都以10人以上的速度死亡。他提醒，医生们曾对送到他们那里的病人进行了精确的评估。他们的头发掉光了，他们的皮肤在出血，嘴唇疼痛、腹泻，喉咙肿胀。他们的红细胞数开始下降，几乎缺少白血球,他在另一篇报道中写道，“原子弹奇特的‘疾病’，因它不曾出现过而无法治愈，因为它未能被诊断而无法得到治疗。这种‘疾病’仍在吞噬着这里的生命。男人，女人和儿童没有外表的受伤痕迹，但每天在医院里都有死亡发生，一些人自以为逃脱了死神，可走动了三四个星期后还是逃脱不了死亡。这里的医生拥有各种现代药物，但在与记者谈论时，他们坦率地承认找不到医治这种疾病的答案。这是盟军自日本投降以来第一位目击长崎核爆炸的记者亲眼所见。医生们要急疯了，他们的病人虽然皮肤是完整的，但却都在他们的眼皮底下眼睁睁地死去。”,,,原子弹,氢弹,4、放射性沾染,核爆炸产生的放射性物质所造成的沾染。这类物质有核裂变碎片、感生 放射性物质和未反应的核装料。它们具有γ、β和 放射性，半衰期由数秒至数万年不等。地面放射性沾染程度的大小用照射率表示,通常指在地面以上1米左右高度处单位时间内受到的照射量。 照射率的单位为库仑/千克·小时。物体的沾染程度通常用该物体单位面积上的放射性强度来表示。条件相同时，地面爆炸造成的沾染比空中爆炸时严重得多；同一次爆炸，下风方向比上风方向的沾染严重得多。放射性沾染的主要杀伤对象是人和其他动物。其强度比早期核辐射低得多，但作用的时间却长得多。它对人员的直接伤害有射线外照射、沾染皮肤造成灼伤和吸入放射性物质造成内照射。,5、电磁脉冲,核爆炸产生的强脉冲射线和周围物质相互作用产生的向外辐射的瞬时电磁场。它的脉冲宽度很窄,频谱很宽,强度可达到比普通无线电波高百万倍。当其遇到适当的接收体时，可在瞬间产生很高的电压和很强的电流，损坏电子或电气设备，使指挥控制通信系统失灵。爆炸当量相同时，电磁脉冲的强度随爆高的不同差别很大，其中以超高空核爆炸产生的电磁脉冲效应最强，作用范围最广，可达远离爆心数千公里的目标，对飞行中的卫星和导弹威胁很大。,（三）核武器防护,核化生武器损伤与防护,,Jilin University,,1、对光辐射的防护  　　遮：任何不透明的物体对光辐射都有阻挡作用，因此利用任何物体进行遮蔽，都可以避免光辐射的直接伤害。 　避：闪光是光辐射的第一阶段能量释放形式，约有99%的光辐射能量是这个阶段释放出来的，它可造成人员的皮肤烧伤、视网膜烧伤和物体着火。因此，在发现耀眼的核爆炸闪光后，立即采取防护动作，避开光辐射的直接照射，迅速完成隐蔽动作就可以减轻或防止光辐射烧伤。防护时要重点注意对眼睛、呼吸道、皮肤的防护。 　　　　　在闭眼之后，千万不要出于好奇，再睁眼去看火球，这样眼睛仍然会受到伤害。如附近无物体可遮蔽光辐射，及时卧倒，增大光辐射对人体的入射角，也能减轻光辐射的直接烧伤。。对皮肤的防护，如能来得及，最好用浅色衣物将暴露的皮肤遮盖起来。,埋：采取措施使物体表面受到覆盖的保护，免受光辐射直接照射。如用黄泥、白石灰、防火漆、防雨帆布、玻璃纤维聚氯乙烯盖布等将物体预先盖起来。 　　 消：就是落实消防措施，要求在爆前重视清除易燃物等防火措施，在爆后及时消灭引燃，全力扑灭明火。,2、对冲击波的防护 　　　　 冲击波的传播速度比光辐射慢得多，闪光之后要经过一段时间才能到达不同的距离处，因此，看到闪光后立即隐蔽就可能避免或减轻冲击波引起的损伤。 　　 　　卧倒：在开阔地带，当人背向爆心卧倒时，成人的受风面积约为站立时的1/7，儿童的受风面积约为站立时的1/5。　　　 　利用地形地物屏蔽：　　 　避免间接伤害：；注意固定好不稳定的物体；对于砖瓦等易飞散物品要及时清除，以防形成抛射物伤人。,,,3、对早期核辐射的防护,看到闪光后，在1～2秒内能利用地形地物进行屏蔽，至少可使人员免受约50%的早期核辐射γ照射量。γ射线和中子通过任何介质时，其辐射的强度都不同程度地减弱。因而，对于早期核辐射的防护，最有效的措施是在核爆前进入人防工事，其次是尽快利用地形地物进行屏蔽。另外，也可用药物进行防护。目前，我国能预防和治疗核辐射损伤的药物为硫辛酸二乙胺基乙酯，它能修补细胞，效果较好。,4、对核电磁脉冲的防护,核电磁脉冲主要是对电气、电子设备有较大的破坏作用，一般不会对人体有什么伤害。对它的防护措施与防雷击、防大气干扰相似，多采用电子屏蔽的方法进行防护。,5、对放射性沾染的防护 　　 　　 放射性沾染通过三种途径作用于人体：γ射线全身照射（外照射）、皮肤严重沾染后受到β射线损伤（皮肤沾染）、放射性物质随食物、饮水和空气进入人体造成损伤（内照射）。 　 当爆炸发生后，一旦察觉有落下灰沉降，及时采取防护措施，如穿上防护服装或雨披、斗蓬，戴口罩，防止落下灰粒子直接沾染在皮肤上，减少受照剂量。在烟云到达后的最初1～2天内在人防工事或房屋内躲避。  要正确辨识沾染区标志，选择最佳路线撤离沾染区。撤离前或进入沾染区前，注意把领口、袖口和裤管口扎紧，戴上口罩，采取简单防护措施。在沾染区内，不要在地上坐、卧，避免接触沾染物体。尽量不在沾染区内吃东西或喝水。如果必须饮食，最好吃沾染区外带入的食品，食品包装要密封，外面用塑料袋或塑料纸包好，而且在食用时应不让包装外的尘土沾染食品。在食用前，应漱口、洗手，防止尘土食入。对沾染区内的食品应进行检查，没有沾染才能食用。人员在沾染区内活动时，应采取呼吸道防护，防止吸入沾染空气。最好用简易防护口罩。如无口罩，也可用手帕、毛巾甚至布条之类物品捂住口鼻。,核防护总结,核防护目的：避免有害的确定性效应，把随机性效应发生的概率降到可接受的水平。 射线种类：α射线、β射线、γ射线和 n 照射方式：外照射、内照射 外照射防护：时间防护、距离防护、屏蔽防护 内照射途径：消化道、呼吸道、皮肤和伤口,核武器的可防性和难防性　（一）核武器的可防性　1．光直线传播，有方向性。凡能挡光线的物体，均能削弱或屏蔽其作用。2．冲击波传播速度比光慢，发现闪光，立即进入工事，或合理利用地形地物，或卧倒缩小迎风面，就能减轻其杀伤作用。3．早期核辐射贯穿能力很强，但能被一定厚度的土层或其他物体的吸收而减弱。例如2m厚的土层就能削弱核辐射99.99％。4．放射性落下灰的沉降有一个时间过程，沉降时可发现，沉降后可用仪器探测，且衰变又快，因此当发现闪光，尚有准备时间，或迅速撤离；或推迟进入沾染区；或采取简易有效的防护措施，就能避免或减轻对人体的作用。（二）核武器的难防性1．突然袭击的核爆炸，人们往往来不及采取措施进行防护。　2．光辐射经反射而增强；冲击波因反射或合流可增强；早期核辐射因散射可改变作用方向，增加了防护的难度。 　 3．城市遭受核袭击，顷刻间大面积的建筑物倒塌，发生大量伤亡。加上火海一片，间接烧伤增多。人们无法撤离，外部人员也难于进入抢救。　4．核爆炸使城市水源、电源、通讯、交通道路破坏；医疗机构、设施的破坏和医护人员的伤亡；严重的放射性沾染，给开展防护和救治工作造成巨大困难。,对瞬时杀伤因素的防护　（一）个人防护动作听到空袭警报，人员立即进入邻近工事，或利用地形地物迅速疏散隐蔽。核袭击时，发现闪光，应立即采取下列防护行动。防护效果取决于防护动作的迅速、果断和正确。1．进入工事，注意避开门窗、孔眼，可避免或减轻或损伤。2．利用地形地物：应迅速利用地形地物隐蔽，如利用土丘、土坎、沟渠、桥洞、涵洞等，均有一定防护效果。一次百万吨级空爆试验中，隐蔽在120cm高的土坎后和涵洞内的狗无伤活存，而开阔地面上的狗受到极重烧冲复合伤，伤后第2和第4天死亡。　3．背向爆心就地卧倒：同时应闭眼、掩耳，用衣物暴露部位，以防烧伤，当感高热时，应暂时憋气，以防呼吸道烧伤。　4．避免间接损伤：室内人员应避开门窗玻璃和易燃易爆物体，在屋角或靠墙（不能紧贴墙壁）的床下，桌下卧倒，可避免或减轻间接损伤。,（二）简易器材防护　　1．服装装具：普遍衣服、雨衣在一定范围内均能屏蔽或减轻光辐射烧伤。衣服以浅色（尤以白色）为主。氯丁胶雨衣、防火布比普通衣服好。　　2．防护器材　　（1）聚氯乙烯伪装网；对光辐射有效好的防护作用。　　（2）偏振光防护眼镜对光辐射所致视网膜烧伤有很好的防护效果，可供观测、驾驶和执勤人员使用。　　（3）坦克帽、耳塞或棉花等柔软物品塞于耳内，均能减轻鼓膜损伤。　（4）用任何可以挡住射线的物体，如军用水壶等，遮盖身体躯干有骨骼的部位，可减轻核辐射对造血的损伤。,谢 谢 ！,Jilin University,