содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

8.12.7.7.

ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ, ЕГО ДЛИТЕЛЬНОСТЬ И МЕРА ПОРАЖЕНИЯ (ОГНЕВЫЕ ШАРЫ)

Понимание того, что существует пороговый уровень интенсивности излучения, ниже которого, независимо от длительности воздействия, поражение равно нулю, дает возможность установить, что уравнение

Доза = f(It ∙ DfB)

не может быть строго правильным. Здесь уместна аналогия с уровнями доз токсичных веществ, относительно которых давно известно, что произведение

С ∙ De (где С - концентрация токсичного вещества, De - длительность воздействия) при различных значениях С может соответствовать различным эффектам, но ниже определенного значения С вред от профессионального воздействия не будет обнаружен даже за целую жизнь (скажем, 105 ч). Это обстоятельство служит основой при определении значений пороговой границы для токсической обстановки.

Однако применительно к данной главе нет необходимости в нахождении точного выражения для значений DFB, превышающих, скажем, 60 с. Поэтому надо будет найти только вид f, аргументом которой является произведение

(It ∙ DFB), причем для условий l≤DFB≤60 с .

Такая функция (или серия функций) приводится в докладе [Eisenberg,1975]. Эта работа основана на изучении действия ядерного оружия и включает данные из [White.1971; Glasstone,1962], согласно которым вероятность смертельного поражения лучше всего аппроксимируется выражением :

Вероятность = -14,9 + 2 , 56 ∙ ln(DFB∙(It)4/3∙10-4)

Где It выражается в Дж/(м2 ∙с).

В табл. 8.14 представлены значения доз, соответствующих определенному уровню поражения (DFB выражено в с, It - в Дж/(м2 ∙ с)).

ТАБЛИЦА 8.14. Вероятность смертельного поражения

в зависимости от подученной доаы

Для ожогов третьей степени предлагается следующее аппроксимирующее выражение:

DFB ∙ (It)1,15 = 5,5∙105

где показатель степени при It имеет более низкое значение.

Введенное выражение δI= (It)4/3 ∙ DFB, или индекс дозы, имеет значение, рекомендованное в отчете [Eisenberg.1975]. Осталось неясным, идет ли речь в этой работе о прямоугольном импульсе. Такое предположение, вероятно, не совсем адекватно, так как прямоугольный импульс дает более низкие значения для I4/3, чем суммирование I4/3 для элементов любой другой формы волны, имеющей то же самое среднее значение I в течение данного интервала времени.

8.12.7.8. ПРИМЕР ВЫЧИСЛЕНИЯ ДЛЯ ОГНЕВОГО ШАРА МАССОЙ 20 т

Мощность:

PFB = ET/DFB = 9,1∙1010 Вт

Доля излучения в энерговыделении:

FR = 0,30

Излучательная мощность:

PFBR = (ET ∙ FR)/ DFB = 2,73 ∙1010 Вт

Значение 1( при радиусе r( вычисляется следующим образом :

It = 2,17∙109∙ (Rt)-2

В табл. 8.15 представлены значения It, основанные на работе [Raj,1979], при условии, что относительная влажность равна 50%. Далее вычисления проведены уже с учетом ослабления и соответствуют дозе несмертельного поражения.

На рис. 8.10 отображены значения доз с учетом ослабления, приведенные в табл. 8.15, а также значения для огневого шара массой 100 т, которые не представлены в таблице, но вычислены тем же способом. Кроме этого, рисунок показывает значения для вращающейся фигуры, которая выбрана в качестве приближения человека, отворачивающегося от источника излучения.

ТА6ЛИЦА 8.15.Зависимость дозы от расстояния для огневого

шара массой 20 тонн.

аРадиус огневого шара; б DFB = 3,8 ∙ 20 = 10,3с; вПо Раджу. Относительная влажность равна 0,50.

Рис. 8.10. Сравнение радиусов поражения для неподвижного и вращающегося тел.

Сопоставим порог поражения для огневого шара массой 20 т, равный 330 м, с рис. 8.8, основанным на работе [Williamson,1981]. Как следует из этого рисунка, для огневого шара массой 20 т ожоги третьей степени были бы получены при радиусе 330 м.

8.12.7.9. СРАВНЕНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ

Основываясь на обстоятельствах аварий 11 июля 1978г. в Сан-Карлосе (Испания) и 30 августа 1979 г. в Гуд-Хопе (шт. Луизиана, США), ранее предполагали, что радиусы для данных уровней поражения или смертельных случаев от действия огневых шаров могут быть намного меньше, чем это получается из теории.

Дополнительные данные можно найти в докладе [Eisenberg,1975], где проводится изучение аварий с огневыми шарами. Ранее делалась ссылка на работу Кроули, который цитирует "чисто практическое пожарное правило" Айзенберга. В ней говорится, что при аварии большой цистерны (предположительно вместимостью 500 т) пожарные умирали от воздействия излучения, когда они находились на удалении 75 м от крупных огневых шаров. Однако оценка вместимости американских цистерн по Кроули слишком завышена. Такие цистерны вмещают около 50 т воспламеняющейся жидкости -

как раз тот случай, который изучался Айзенбергом, т. е. авария 19 октября 1971 г. в Хьюстоне (шт. Техас, США) с мономерным винилхлоридом. По-видимому, приводимая Кроули вместимость цистерны - просто опечатка. В остальном цитата точна. Огневой шар возник при полном разрушении цистерны, содержащей около 45 т мономерного винилхлорида. Один пожарный был убит, многие пострадали. Большинство этих пораженных пожарных, скорее всего, находились от разрушенной цистерны на расстоянии, не намного превышающем 30 м.

Была изучена и другая авария автоцистерны с пропиленом на шоссе Нью-Джерси 21 сентября 1972 г. [Eisenberg,1975]. Автоцистерна содержала около 15 т пропилена. Расположение людей, получивших при аварии ожоги (несмертельные), выглядит следующим образом :

Согласно теории, 6 или 7 из них должны были умереть, и все, кроме одного, должны были иметь более чем 50/50 шансов умереть.

Огневой шар, образовавшийся при аварии 9 марта 1972 г. в Линчберге (шт. Виргиния, США), привел к гибели водителя, находившегося на расстоянии 90 м, и вызвал тяжелые ожоги у трех очевидцев случившегося, располагавшихся на расстоянии 140 м. Кроме того, еще один смертельный случай зарегистрирован на расстоянии 130 м. На этом же расстоянии были поражены, но несмертельно, еще 2 чел. Предположительно огневой шар содержал около 10 т пропана и имел радиус около 60 м, хотя очевидцы утверждали, что его радиус был равен 120 м. Данные по этой аварии, по-видимому, наиболее хорошо согласуются с теорией.

Тем не менее имеется достаточно данных об происшедших авариях, которые находятся в противоречии с теоретическим прогнозом. Наша точка зрения, однако, заключается в том, что вычисления интенсивности излучения на определенном расстоянии от данной массы вещества в огневом шаре все-таки являются достаточно точными. Объяснение несовпадений надо искать в другом. Во-первых, значительные ошибки появляются, возможно, при предсказании доли разлития, образующей огневой шар. Во-вторых, человек - это не неподвижная плоская поверхность, ориентированная на 90° к направлению излучения. Кроме того, подход Айзенберга основан на опытах с ядерным оружием. Эти данные, по крайней мере применительно к человеку, получены для тепловых импульсов, длительность которых относительно короче, чем длительность тепловых импульсов огневого шара. В работе [Glasstone,1980] приводится следующее выражение для длительности теплового импульса ядерного оружия:

Tmax = 0,0417-W0.44

где W - мощность взрыва, кт; Tmax - время достижения максимального значения интенсивности светового излучения, с. Далее в работе предлагается использовать для приближенной оценки длительности светового импульса выражение

10 ∙ Тmax. Мощность взрыва в Хиросиме в ТНТ - эквиваленте составляла около 12,5 ∙ 103 т, а в Нагасаки - около 20 ∙ 103 т. Таким образом, длительность импульса в Хиросиме равна 0,0417 ∙ 12,50,44 ∙ 10 = 1,44 с, а длительность импульса в Нагасаки равна 0,0417 ∙ 200,44 ∙ 10 = 1,56 с. Поворачивающийся на 360° цилиндр будет получать излучение со средней по всей поверхности интенсивностью, в 1/π раз меньшей интенсивности того излучения, что получала бы плоская поверхность, расположенная под углом 90° к падающему пучку излучения.

На рис. 8.10 показано влияние этого уменьшения на дозу; пороги сравниваются в табл. 8.16.

ТАБЛИЦА 8.16. Радиусы разных типов теплового поражения

огневого шара массой 20 т

а Меньше радиуса огневого шара

Вращение на 360° для человека, подвергшегося действию излучения огневого шара, маловероятно, но приводимые для случая такого вращения расстояния, по-видимому, находятся в большем соответствии с реальными эффектами воздействия облучений. Кроме того, вычисления не учитывают уменьшение в дозе облучения, получаемой бегущим человеком. Таким образом, согласно японским данным, длительность импульса приближается к 1,5 с, что близко к значениям, цитируемым Айзенбергом и др. (Отметим, что соотношение интенсивность/время для светового импульса ядерного оружия заметно отличается от прямоугольного импульса.)

Однако возникает еще один вопрос, связанный с тем, что при взрывах в Японии у людей не было никакой возможности укрыться от действующего светового импульса. Жертвы ядерной атаки получили "профильные" ожоги;

Гласстон и Доулан приводят случай с человеком, который во время взрыва находился у окна и писал: у него тяжело поражены были только руки. Иначе говоря, поражениям подверглись лишь те участки кожи, которые в момент ядерного взрыва были обращены к его центру.

Применительно к тепловым импульсам от огневых шаров с предположительной длительностью 10 - 20 с, что характерно для огневых шаров, образованных углеводородами, можно сказать, что если человек успеет полностью отвернуться, то получит ожоги более низкой интенсивности, но распределенные по большей площади тела. Очевидно также, что за это время люди могут успеть где-нибудь укрыться или убежать на расстояние 50 -100 м в зависимости от их физического состояния. Проводились работы по изучению воздействия излучения от ядерного оружия мощностью несколько мегатонн на свиньях, находящихся под анестезией. В работе Гласстона и Доулана не поясняется, были ли они неподвижны, впрочем, это, возможно, предполагалось.

Очень важно влияние одежды. Одежда может загореться, что приведет к ожогам пламенем. Вид одежды влияет на степень поражения тела. Вероятно,

лучше всего защищены пожарные, не говоря уже о тех, кто носит специальную форменную одежду с огнестойкой изоляцией. Форма для пожарных разрабатывается уже на протяжении столетия или более, при этом преследуется цель обеспечить максимальную защиту, совмещенную со свободой движений. Такая форма имеет темную окраску, что само по себе способствует высокой степени поглощения. Тем не менее пожарный в шерстяной саржевой форме, носящий каску, защищающую также и шею, повернувшись спиной к огневому шару, будет иметь гораздо больше шансов выжить, чем мужчина или женщина в обычной одежде. Специальное обучение пожарных способствует тому, что возникновение паники в их рядах становится маловероятным.

В заключение надо сказать, что существующие, теоретические модели являются, по-видимому, пессимистическими, так как они не рассматривают человека как объемный объект, обладающий способностью уклоняться от действия теплового излучения. Поэтому существует необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на изучение происшедших аварий и поиск возможностей получения наилучшего согласия между теорией и практикой.

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..