Explosão atômica
Distribuição da energia da bomba
Rajada
Muitos danos às cidades de grandes usinas vêm da rajada explosiva. A rajada impulsiona o ar para longe do local da explosão, produzindo mudanças súbitas na pressão do ar (chamadas sobrepressão estática) que podem esmagar objetos, e ventos fortes (chamados pressão dinâmica) que podem movê-los subitamente ou derrubá-los. Em geral, prédios grandes são destruídos pela sobrepressão, enquanto pessoas e objetos tais como árvores e postes de serviços públicos são destruídos pelo vento.
Por exemplo, considere o efeito de uma explosão aérea de 1 Mega Tonelada sobre coisas 6 Km distante. A sobrepressão será em excesso de 5 libras por polegada quadrada (PSI), a qual exercerá uma força de mais de 180 toneladas na parede de uma típica casa de dois pavimentos. No mesmo local, haveria um vento de 255 Km/h, enquanto 5 PSI não são suficientes para esmagar um homem, um vento de 288 Km/h criaria colisões fatais como íons entre pessoas e objetos nas proximidades.
A magnitude do efeito da rajada (geralmente medida em libras por polegada quadrada) diminui com a distância do centro da explosão. Ela é relacionada num mais complicado modo com a altura da explosão acima do nível do solo. Para qualquer distância dada do centro da explosão, há uma altura ótima de explosão que produzirá a maior sobrepressão, e quanto maior a distância, maior a altura ótima de explosão. Como um resultado, uma explosão na superfície produz maior sobrepressão em alcances muito próximos (o qual é o motivo porque explosões na superfície são usadas em ataques muito severos, alvos muito pequenos tais como silos de mísseis), mas com menor sobrepressão do que numa explosão aérea em alguns alcances mais distantes. Elevando a altura da explosão reduz a sobrepressão diretamente sob a bomba, mas alarga a área na qual uma sobrepressão bem menor dada é produzida. Assim, um ataque às fábricas com uma arma de 1-Mt pode usar uma explosão aérea numa altitude de 8000 pés (2400 metros), a qual maximizaria a área (cerca de 28 milhas quadradas [7200 hectares = 72 Km2) que receberiam 10 PSI ou mais de sobrepressão.
Exemplo, efeitos da rajada de uma explosão de 1-Mt a 8000 pés acima da superfície da Terra:
- distância do centro da explosão 1283 metros, pico da sobrepressão 20 PSI, pico da velocidade do vento 753 Km/h, efeitos típicos da rajada:
- estruturas reforçadas de concreto são demolidas.
Distância do centro da explosão 18,6 Km, pico da sobrepressão 1 PSI, pico da velocidade do vento 56 Km/h, efeitos típicos da rajada:
- danos à estruturas, pessoas correm riscos por vidros e escombros voando.
Uma dose de 600 rem dentro de um curto período de tempo (6 a 7 dias) tem uma chance de 90% de criar uma doença fatal, com morte ocorrendo dentro de umas poucas semanas. (1 rem ou "roentgen-equivalente-man" é uma medida de energia de radiação absorvida; 1 roentgen é uma medida de energia de radiação; para propósito ilustrativo ela pode ser assumida que, 100 roentgen produzem 100 rads e 100 rem). A forma precisa da curva mostrando a taxa de mortalidade como uma função de dose de radiação não é conhecida em regiões entre 300 e 600 rem, mas uma dose de 450 rem dentro de um tempo curto é estimado criar uma doença fatal em metade das pessoas expostas a ela. A outra metade ficaria muito doente, mas se recuperaria. Uma dose de 300 rem pode matar cerca de 10% daquelas expostas. Uma dose de 200 a 450 rem causaria uma doença severa da qual muitas pessoas se recuperariam; todavia, esta doença tornaria pessoas altamente suscetíveis a outras doenças ou infecções. Uma dose de aproximadamente 200 rem causará náusea e baixará a resistência a outras doenças, mas tratamento médico não é requerido. Uma dose abaixo da condição rem não causará qualquer efeito em período de tempo curto que a vítima venha notar, mas fará danos em período de tempo longo.
Efeitos em Longo Período de Tempo
Os efeitos de doses menores de radiação são de períodos longos, e medidos numa maneira estatística. Uma dose de 50 rem realmente não produz efeitos em curto período de tempo; embora, se uma grande população foi exposta alguns rens, numa faixa de 0.4 e 2.5% deles seria esperado contrair câncer fatal (após alguns anos) como um resultado. Haveria também efeitos genéticos sérios para uma fração daqueles expostos.
Aproximadamente 35% da energia de uma explosão nuclear é uma explosão intensa de radiação térmica, isto é, calor. Os efeitos são aproximadamente análogos ao efeito de um flash de 2 segundos de um enorme lampejo de luz solar. Já que a radiação térmica viaja na velocidade da luz (realmente um pouco mais lento, já que ela é desviada por partículas na atmosfera), o flash de luz e calor precede a onda da rajada por vários segundos, exatos como o relâmpago é visto antes do trovão ser ouvido.
A luz visível produzirá "cegueira ofuscante" em pessoas que estiverem olhando na direção da explosão. Cegueira ofuscante pode durar por vários minutos, após a qual a recuperação é total. Uma explosão de 1-Mt poderia causar cegueira ofuscante em distâncias tão grandes quanto 21 Km em céu claro, ou 85 Km em noite clara. Se o flash for focado através da lente do olho, resultará uma queimadura permanente da retina. Em Hiroshima e Nagasaki, houve muitos casos de cegueira ofuscante, mas somente um caso de queimadura de retina, entre os sobreviventes. Na contramão, alguém com cegueira ofuscante enquanto dirigindo um carro poderia facilmente causar dano permanente a si mesmo e a outros.
Queimaduras de pele resultam de intensidades mais altas de luz, e por esta razão acontece em ponto mais perto da explosão. Uma explosão 1-Mt pode causar queimaduras de primeiro grau (equivalente a um mau bronzeamento solar) em distâncias de cerca de 11 Km.
Queimaduras de segundo grau (produzem bolhas que conduzem à infecção se não tratadas, e cicatrizes permanentes) em distâncias de até 8 km.
Queimaduras de terceiro grau sobre 24% do corpo, ou queimaduras de segundo grau sobre 30% do corpo, resultarão em choque sério, e provavelmente trará fatalidade, a menos que atendido prontamente, e cuidados médicos especializados estejam disponíveis.
Os USA inteiro têm serviços públicos para tratar 1000 ou 2000 casos de queimaduras severas; uma arma nuclear simples poderia produzir mais de 10.000.
Radiação Nuclear Direta
Armas nucleares impõem radiação ionizante nas pessoas, animais e plantas em duas maneiras diferentes. Radiação direta ocorre na hora da explosão; ela pode ser muito intensa, mas seu alcance é limitado. Radiação de nuvem de poeira é recebida das partículas que se tornam radioativas pelos efeitos da explosão e subsequentemente distribuídas em distâncias variadas do local da explosão.
Pulso Eletromagnético
Pulso eletromagnético (EMP) é uma onda eletromagnética similar às ondas de rádio, a qual resulta de reações secundárias ocorrendo quando a radiação nuclear GAMA é absorvida no ar ou solo. Ela difere das ondas de rádio usuais em duas importantes maneiras. Primeiro, ela cria muitos maiores comprimentos de campo elétrico. Enquanto um sinal de rádio pode produzir 1000 Volts ou menos numa antena receptora, um pulso EMP pode produzir milhares de Volts. Segundo, ela é um pulso simples de energia que desaparece completamente numa pequena fração de segundo. Neste sentido, ela é quase similar ao sinal elétrico do raio, mas a elevação de voltagem é tipicamente uma centena de vez mais rápida. Isto significa que muitos equipamentos projetados para proteção contra raios nos serviços elétricos públicos funcionam muito lentamente para ser efetivo contra EMP.
O comprimento de um pulso EMP é medido em Volts por metro (V/m), e é uma indicação da voltagem que seria produzida numa antena exposta. Uma explosão de usina nuclear na SUPERFÍCIE seria tipicamente produzir uma EMP de dezenas de milhares de Volts/metros em curta distância (a razão de 10 PSI) e milhares de Volts/metros em distâncias mais longas (a razão de 1 PSI). Explosões aéreas produzem menos EMP, mas explosões em altas altitudes (acima de 21 Km = Nível de Voo 68000 pés) produzem EMP muito forte, com alcance de centenas ou milhares de milhas. Um ataque pode detonar umas poucas armas em tais altitudes num esforço de destruir ou danificar os sistemas de comunicação e força elétrica da vítima.
Não há evidência de que EMP é uma ameaça física para humanos. Embora, sistemas elétricos ou eletrônicos, particularmente aqueles conectados a fiação longas tais como linhas de transmissão ou antenas, podem sofrer um ou outro de dois tipos de avaria. Primeiro, pode haver dano físico real a um componente elétrico tal como curto-circuito de um capacitor ou queima de um transistor, o qual exigiria substituição ou reparo antes do equipamento poder novamente ser usado. Segundo, num menor nível, pode haver um transtorno operacional temporário, frequentemente exigindo algum esforço para restaurar a operação. Por exemplo, instabilidades induzidas numa rede elétrica pode causar o sistema inteiro ser desligado automaticamente, perturbando computadores que devem ser reiniciados novamente. Estações-rádio base são vulneráveis não somente à perda de força elétrica comercial, mas de avaria direta aos componentes eletrônicos conectados à antena. Em geral, transmissores/receptores de rádio portáteis com antenas relativamente curtas não são suscetíveis a EMP. A vulnerabilidade do sistema de telefonia à EMP não poderia ser determinado.
As partículas radioativas que se elevam mais alto serão carregadas a alguma distância pelo vento antes de retornarem à Terra, e portanto a área e intensidade da poeira radioativa é fortemente influenciada pelas condições meteorológicas do local. Muito do material é soprado pela corrente de vento numa bolha longa.
O mapa abaixo ilustra a bolha esperada de uma explosão de 1 Maga-Ton na superfície em Detroit se ventos estivessem soprando em direção ao Canadá (vindos de sudoeste). A bolha ilustrada é assumida que os ventos estavam soprando numa velocidade uniforme de 24 Km/h (15 mph) sobre a região inteira. A bolha seria maior e mais fina se os ventos fossem mais intensos e curtos, e algo mais vasto, se os ventos fossem mais fracos. Contorno para 7 dias de dose acumulada (sem proteção) de 3.000.900.300 e 90 rem.
A quantidade de radiação produzida por material em ventos radioativos diminuirá com o tempo assim que os materiais radioativos "enfraquecerem". Neste outro mapa abaixo, um vento vindo de Noroeste depositaria bastante poeira radioativa em Cliveland ao ponto de impor intensas doenças radioativas àqueles que não evacuaram ou não usaram abrigos efetivos contra a poeira radioativa.
Algumas partículas radioativas serão empurradas para estratosfera, e não poderão retornar à Terra por alguns anos. Neste caso somente as partículas particularmente de longa vida representam ameaça, e elas são dispersadas em volta do planeta sobre uma faixa de latitudes. Algumas partículas de explosão atômica de testes de armas nucleares dos Estados Unidos e União Soviética nos anos 1950 e início dos anos 60 podem ainda ser detectadas.
Há também algumas partículas na poeira radioativa imediata (notavelmente Estrôncio 90 e Césio 137) que permanecem radioativas por anos.
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