赫魯曉夫核彈威力到底有多大?
5000萬噸當量的氫彈,網上介紹說500公里內城市都能毀滅?飛機釋放後到爆炸有十七分鐘時間,在四公里高空引爆,投彈高度有多高,降落傘能飛十七分鐘?飛機飛離爆心200多公里就引爆能安全逃離,不是500公里內都玩完么?有點亂,感覺網上描述很矛盾啊。求專業人士解惑!
500公里震碎個玻璃都幾乎不可能,爆炸威力可以用超壓delta p形容, 超壓,指的是爆轟波陣面上壓力與大氣壓之間的壓力差,超壓水平所在的半徑可以用這個公式進行計算。R為半徑,q為爆炸當量,f(dp)為超壓和半徑以及當量的關係,具體用哪一套在這個問題裡面沒有必要考慮。再上一張直觀的圖
可以看到在2.7英里,也就是5psi的距離上,殺死人的概率就已經很低了,4.7英里到7.4英里,也就是2psi到1psi的範圍基本不可能造成較大規模的人口死亡。
換算成1億噸核彈的話,5psi對應12.528英里,即21.8公里,差不多就是對於建築物的有效殺傷範圍吧,——heavier construction is severely damaged。(其實我並不認為這個壓強能對現代框架建築構成致命打擊)2psi對應21.808英里,即35.1千米。在這個距離上大多數人都死不了,但是受傷會有一半。等到了54.5公里的距離上,殺傷效果就極為有限了。空爆會有一定加成,不過對於這麼大的彈頭來講加成不會太大,因為越高大氣越稀薄,一億噸的核彈並不能取到非常理想的爆炸高度,所以大伊萬根本不可能殺傷到500公里以外的城市,雖然可能還是會有一些電磁波和風的波及。如果核武器能摧毀500公里外的城市,那會是什麼水平呢,還是按照5psi超壓計算的話,需要1.2萬億噸當量的核彈頭。注意,是1.2萬億噸。什麼概念呢,就是,如果用反物質炸彈的話,需要有30噸的反物質裝葯,與30噸正物質湮滅以後,才能達到這個殺傷效果。關於沙皇炸彈的一些數據:估計是5000萬噸,但蘇聯並沒有公布具體數值。它在4千米高空爆炸,火球一直升到10公里高空,在1000公里以外都能看到。蘑菇雲超越平流層,升到64公里高空,蘑菇雲頂部有95公里寬。不過有趣的是火球雖然升了這麼高,卻並沒有觸及地面,因為衝擊波比火球先抵達地面,然後從地面反彈,把火球彈回空中。
關於沙皇炸彈的威力:距離「地面爆心」(也就是空中爆炸的爆心所正對的地面坐標)55公里以外的一個村莊Severny被徹底摧毀。距離地面爆心數百公里外的木質房屋被摧毀,石質房屋失去屋頂、窗戶和門。一個參與試驗的人在距離地面爆心270公里遠的地方依然能感受到火球的熱度。據推算,距離爆心100公里遠的人會受到三度燒傷。在距離地面爆心700公里以外的Dikson居民點依然可以感受到衝擊波,而900公里遠的房屋的窗戶玻璃也有被震碎的。儘管核彈在距離地面4.2公里高空爆炸,依然對地面造成5級地震。大氣震蕩波在環繞地球三圈以後還能被感測器記錄到。
那麼投核彈的飛機怎麼樣了呢?沙皇炸彈是用降落傘減速的,從投擲到爆炸用了3分鐘(不是17分鐘)。在爆炸前,飛機已經飛到了45公里以外,但爆炸的衝擊波依然讓飛機瞬間跌落了1公里,不過飛機最後還是安全降落了。因為這些投擲核彈的飛機在設計時已經考慮到承受核彈爆炸時的高溫輻射、核輻射以及衝擊波了。
對了,關於炸彈威力部分的數據來自英文維基,而英文維基的數據來自Nuclear Weapon Archive。
沒有500公里那麼遠
殺傷有衝擊波,熱輻射,光輻射
飛機又不怕光和熱的衝擊,人戴上墨鏡完事了而且實際設計當量是一億噸另外的部分,是在氫彈外面又包上了一層鈾這樣不僅當量提高,還會造成巨量的輻射塵關於赫魯曉夫炸彈(又稱沙皇炸彈,沙皇氫彈,大伊萬)的殺傷破壞範圍,網上有很多誇張失實的YY數據在流傳,故本人感到有一一澄清的必要性
一、衝擊波的殺傷範圍:網上流傳的幾個說法是,「55公里之外的房屋全毀」,「數百公里內的木質房屋全毀」,「爆炸所產生的暴風壓力就高達每平方吋300磅,足足吹送了將近1000公里的範圍」
首先給出本人評價:編造這些數據的人毫無科學素養
接下來開始證明:
1、若要以衝擊波進行大範圍的殺傷破壞,則核彈的爆炸方式必然為空爆,在此前提下,衝擊波殺傷半徑的大小由兩個基本定律確定:
第一,爆炸相似律。即當衝擊波超壓一定時,衝擊波的傳播距離與爆炸當量的立方根成正比:
第二,比例爆高可影響衝擊波超壓的傳播距離。核爆衝擊波是以爆心為球心,向四周作球面狀擴散,當衝擊波接觸到地面時,地面會對入射的衝擊波產生反射作用,由此形成的反射波會與入射波合成在一起,這就是所謂的「地面合成波」,而對超壓一定的合成波來說,存在一個最佳的「比例爆高」(H/Q^(1/3),H為爆炸高度,單位:米,Q為爆炸當量,單位:千噸),使得該超壓的傳播距離最大。通常來說,計算不同距離上的超壓值是非常複雜的(要考慮當量、爆炸高度等因素),故為了方便計算,人們先針對某一特定的超壓值,繪製出當量為一千噸的核爆炸在不同高度、不同距離上的等超壓曲線,再將多個超壓值對應的等超壓曲線繪製在一起,最終便形成了「地面合成波等超壓曲線圖」。實際計算時,可根據爆炸相似律推算出任意當量、任意爆高的核爆炸在任意距離上的超壓值(或是某個特定超壓值對應的傳播距離):
而在比例爆高相等時,爆炸相似律里的「距爆心距離」可替換為「距爆心投影點的距離」:
2、根據網上流傳的說法,距大伊萬爆心投影點55公里之外的建築,多為磚木結構,而如果要造成全毀的效果,顯然應滿足下表所說的「嚴重破壞」:
若要對磚木結構造成「嚴重破壞」,所需的超壓值應為1.5*10^4Pa:
3、大伊萬的爆炸當量約為5000萬噸,爆炸高度約為4000米,則其比例爆高應為:
4000/50000^(1/3)≈108 米/(千噸)^(1/3)
而在1千噸當量的等超壓曲線圖中,當爆高H在108米左右時,超壓1.4*10^4Pa所對應的傳播距離不會超過0.9公里,而超壓1.5*10^4Pa所對應的傳播距離也必然小於這個值
我們就以0.9公里來算,可以立即得出,大伊萬摧毀磚木建築的距離不會超過:
0.9*50000^(1/3)≈33公里
到了這一步,所謂的「55公里之外全毀」已被徹底揭穿
至於另外兩個數據:「數百公里內的木質房屋全毀」,「每平方吋300磅的壓力吹送了將近1000公里」
可以簡單計算一下:將「數百公里」取為200公里(用最短距離估算),可知大伊萬的比例距離為:
200/50000^(1/3)=5.4 公里/千噸^(1/3)
當量為1千噸時,若比例距離相同(當比例距離相等時,超壓相等),則當量1千噸對應的距離即為5.4公里
再根據另一張等超壓曲線圖:
可以立即看出,5.4公里(5400米)對應的超壓值連2.4*10^3Pa都遠遠不如(給磚木建築造成輕微破壞需要6*10^3Pa)
再來說說所謂的「每平方吋300磅的壓力吹送了將近1000公里」,這根本就是無稽之談:每平方吋300磅的壓強相當於2.068*10^6Pa,其傳播距離在當量1千噸的等超壓曲線圖上連100米都沒有(爆高取108米):
所以在大伊萬的爆炸中,這個極高超壓的傳播距離不要說1000公里了,就是10公里都遠遠達不到!!
二、光輻射的殺傷範圍:網上流傳的說法是,「能給100公里遠的人造成三度燒傷」
首先明確光輻射燒傷的傷情分級:
在不考慮大氣衰減的理論假設下(其實這個假設根本不可能成立,因為即便在能見度最好的天氣里,大氣對光輻射的衰減也是非常顯著的,此處為了計算方便,暫不考慮大氣透射率的影響),核爆光衝量的計算公式為:
其中,Q為核爆炸當量,fG為光當量係數,計算公式為:
公式中各變數的單位如下:
則當r=100公里=10^5米時,光衝量U約為4.57*10^5 (J/m^2)
換言之,即便不考慮大氣的衰減作用,距爆心100公里處的人也頂多遭到輕度燒傷,一旦將大氣透射率計算進來,即便大氣能見度非常好,最終結果也會遠小於上述理論值
三、大伊萬的爆炸是否在爆心投影點附近製造出大坑:網上流傳的說法是,「爆心下方的地面被來自空中的巨大的衝擊能量隔空砸出一個直徑超過3公里的大坑。在高空俯拍的爆心地面,中心像一個隕石坑,方圓幾十公里的地面已經塌陷」
對於這段YY,本人僅以四個字進行評價:地攤文學事實上,當核爆炸的比例爆高大於 35米/(千噸)^(1/3) 時,地面就不會成坑了:而大伊萬的比例爆高已經達到 108 米/(千噸)^(1/3) ,所以「直徑3公里的大坑」純屬子虛烏有,至於「方圓幾十公里的地面已經塌陷」,那更是一個典型的民科笑話
有影響是肯定的,但毀滅....這個有點誇張了吧?
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