Μία από τις θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ μιας πυρηνικής και μιας συμβατικής έκρηξης είναι ότι οι πυρηνικές εκρήξεις μπορεί να είναι πολλές χιλιάδες (ή εκατομμύρια) φορές πιο ισχυρές από τις μεγαλύτερες συμβατικές εκρήξεις. Και οι δύο τύποι όπλων βασίζονται στην καταστροφική δύναμη της έκρηξης, ή του ωστικού κύματος. Ωστόσο, οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται σε μια πυρηνική έκρηξη είναι πολύ υψηλότερες από ό,τι σε μια συμβατική έκρηξη και ένα μεγάλο ποσοστό της ενέργειας σε μια πυρηνική έκρηξη εκπέμπεται με τη μορφή φωτός και θερμότητας, που γενικά αναφέρεται ως θερμική ενέργεια.
Αυτή η ενέργεια είναι ικανή να προκαλέσει δερματικά εγκαύματα και να προκαλέσει πυρκαγιές σε σημαντικές αποστάσεις. Οι πυρηνικές εκρήξεις συνοδεύονται επίσης από διάφορες μορφές ακτινοβολίας, που διαρκούν μερικά δευτερόλεπτα μέχρι να παραμείνουν επικίνδυνες για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Περίπου το 85 τοις εκατό της ενέργειας ενός πυρηνικού όπλου παράγει έκρηξη αέρα (και σοκ), θερμική ενέργεια (θερμότητα). Το υπόλοιπο 15 τοις εκατό της ενέργειας απελευθερώνεται ως διάφορα είδη πυρηνικής ακτινοβολίας. Από αυτό, το 5 τοις εκατό αποτελεί την αρχική πυρηνική ακτινοβολία, που ορίζεται ως αυτή που παράγεται μέσα σε ένα λεπτό περίπου από την έκρηξη, είναι κυρίως ακτίνες γράμμα και νετρόνια. Το τελικό 10 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας σχάσης αντιπροσωπεύει αυτό της υπολειπόμενης (ή καθυστερημένης) πυρηνικής ακτινοβολίας, η οποία εκπέμπεται σε μια χρονική περίοδο. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη ραδιενέργεια των προϊόντων σχάσης που υπάρχουν στα υπολείμματα των όπλων, ή στα συντρίμμια, και στην πτώση μετά την έκρηξη.
Η «απόδοση» ενός πυρηνικού όπλου είναι ένα μέτρο της ποσότητας εκρηκτικής ενέργειας που μπορεί να παράγει. Η απόδοση δίνεται ως προς την ποσότητα TNT που θα παρήγαγε την ίδια ποσότητα ενέργειας όταν εκραγεί. Έτσι, ένα πυρηνικό όπλο 1 κιλοτόνου είναι εκείνο που παράγει την ίδια ποσότητα ενέργειας σε μια έκρηξη με 1 κιλότονο (1.000 τόνους) TNT. Παρομοίως, ένα όπλο 1 μεγατόνων θα είχε ενέργεια ισοδύναμη με 1 εκατομμύριο τόνους TNT. Ένα μεγατόνιο ισοδυναμεί με 4,18 x 10 15 τζάουλ.
Κατά την αξιολόγηση της καταστροφικής ισχύος ενός οπλικού συστήματος, συνηθίζεται να χρησιμοποιείται η έννοια των ισοδύναμων μεγατόνων (EMT). Η ισοδύναμη megatonnage ορίζεται ως η πραγματική megatonnage αυξημένη στα δύο τρίτα:
EMT = Y 2/3 όπου το Y είναι σε μεγατόνια.
Αυτή η σχέση προκύπτει από το γεγονός ότι η καταστροφική ισχύς μιας βόμβας δεν ποικίλλει γραμμικά με την απόδοση. Ο όγκος στον οποίο εξαπλώνεται η ενέργεια του όπλου ποικίλλει ανάλογα με τον κύβο της απόστασης, αλλά η κατεστραμμένη περιοχή ποικίλλει στο τετράγωνο της απόστασης.
Έτσι 1 βόμβα με απόδοση 1 μεγατόνων θα κατέστρεφε 80 τετραγωνικά μίλια. Ενώ 8 βόμβες, η καθεμία με απόδοση 125 κιλοτόνων, θα κατέστρεφαν 160 τετραγωνικά μίλια. Αυτή η σχέση είναι ένας λόγος για την ανάπτυξη συστημάτων παράδοσης που θα μπορούσαν να φέρουν πολλαπλές κεφαλές (MIRV).
Οι πυρηνικές εκρήξεις παράγουν τόσο άμεσα όσο και καθυστερημένα καταστροφικά αποτελέσματα. Η έκρηξη, η θερμική ακτινοβολία και η άμεση ιονίζουσα ακτινοβολία προκαλούν σημαντική καταστροφή μέσα σε δευτερόλεπτα ή λεπτά από μια πυρηνική έκρηξη. Οι καθυστερημένες επιπτώσεις, όπως οι ραδιενεργές επιπτώσεις και άλλες πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, προκαλούν ζημιές για εκτεταμένη περίοδο που κυμαίνεται από ώρες έως χρόνια. Κάθε ένα από αυτά τα αποτελέσματα υπολογίζεται από το σημείο της έκρηξης.
Σημείο μηδέν
Ο όρος «γείωση μηδέν» αναφέρεται στο σημείο στην επιφάνεια της γης αμέσως κάτω (ή πάνω) από το σημείο έκρηξης. Για μια έκρηξη πάνω από (ή κάτω από) νερό, το αντίστοιχο σημείο ονομάζεται γενικά "επιφάνεια μηδέν". Ο όρος "επιφάνεια μηδέν" ή "επιφάνεια εδάφους μηδέν" χρησιμοποιείται επίσης συνήθως για εκρήξεις στην επιφάνεια του εδάφους και στο υπόγειο. Σε ορισμένες δημοσιεύσεις, το έδαφος (ή η επιφάνεια) μηδέν ονομάζεται «υπόκεντρο» της έκρηξης.
Blast Effects
Οι περισσότερες ζημιές προέρχονται από την έκρηξη. Το κρουστικό κύμα του αέρα ακτινοβολεί προς τα έξω, προκαλώντας ξαφνικές αλλαγές στην πίεση του αέρα που μπορεί να συνθλίψει αντικείμενα και ισχυρούς ανέμους που μπορούν να γκρεμίσουν αντικείμενα. Γενικά, τα μεγάλα κτίρια καταστρέφονται από την αλλαγή της πίεσης του αέρα, ενώ άνθρωποι και αντικείμενα όπως δέντρα και στύλοι κοινής ωφέλειας καταστρέφονται από τον άνεμο.
Το μέγεθος του φαινομένου της έκρηξης σχετίζεται με το ύψος της έκρηξης πάνω από το επίπεδο του εδάφους. Για οποιαδήποτε δεδομένη απόσταση από το κέντρο της έκρηξης, υπάρχει ένα βέλτιστο ύψος έκρηξης που θα προκαλέσει τη μεγαλύτερη αλλαγή στην πίεση του αέρα, που ονομάζεται υπερπίεση, και όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση τόσο μεγαλύτερο είναι το βέλτιστο ύψος έκρηξης. Ως αποτέλεσμα, μια έκρηξη στην επιφάνεια παράγει τη μεγαλύτερη υπερπίεση σε πολύ κοντινές περιοχές, αλλά λιγότερη υπερπίεση από μια έκρηξη αέρα σε κάπως μεγαλύτερες περιοχές.
Όταν ένα πυρηνικό όπλο πυροδοτείται πάνω ή κοντά στην επιφάνεια της Γης, η έκρηξη σκάβει έναν μεγάλο κρατήρα. Κάποιο από το υλικό που χρησιμοποιείται στον κρατήρα εναποτίθεται στο χείλος του κρατήρα. Το υπόλοιπο μεταφέρεται στον αέρα και επιστρέφει στη Γη ως ραδιενεργό κρούσμα. Μια έκρηξη που είναι πιο πάνω από την επιφάνεια της Γης από την ακτίνα της βολίδας δεν σκάβει κρατήρα και παράγει αμελητέα άμεση πτώση. Ως επί το πλείστον, μια πυρηνική έκρηξη σκοτώνει ανθρώπους με έμμεσα μέσα και όχι με άμεση πίεση.
Επιδράσεις θερμικής ακτινοβολίας
Περίπου το 35 τοις εκατό της ενέργειας από μια πυρηνική έκρηξη είναι μια έντονη έκρηξη θερμικής ακτινοβολίας, δηλαδή θερμότητας. Τα εφέ είναι παρόμοια με την επίδραση ενός φλας δύο δευτερολέπτων από μια τεράστια λάμπα ηλίου. Δεδομένου ότι η θερμική ακτινοβολία ταξιδεύει περίπου με την ταχύτητα του φωτός, η λάμψη του φωτός και της θερμότητας προηγείται του κύματος έκρηξης κατά αρκετά δευτερόλεπτα, ακριβώς όπως ο κεραυνός φαίνεται πριν ακουστεί βροντή.
Το ορατό φως θα προκαλέσει «τυφλότητα» σε άτομα που κοιτάζουν προς την κατεύθυνση της έκρηξης. Η τύφλωση μπορεί να διαρκέσει για αρκετά λεπτά, μετά τα οποία η ανάρρωση είναι πλήρης. Εάν το φλας εστιαστεί μέσω του φακού του ματιού, θα προκληθεί μόνιμο έγκαυμα αμφιβληστροειδούς. Στη Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι, υπήρξαν πολλές περιπτώσεις τυφλότητας, αλλά μόνο ένα περιστατικό εγκαύματος αμφιβληστροειδούς, μεταξύ των επιζώντων. Από την άλλη πλευρά, οποιοσδήποτε τυφλωθεί ενώ οδηγεί αυτοκίνητο θα μπορούσε εύκολα να προκαλέσει μόνιμο τραυματισμό στον εαυτό του και στους άλλους.
Τα δερματικά εγκαύματα προκύπτουν από υψηλότερες εντάσεις φωτός και επομένως γίνονται πιο κοντά στο σημείο έκρηξης. Εγκαύματα πρώτου, δεύτερου και τρίτου βαθμού μπορεί να συμβούν σε αποστάσεις πέντε μιλίων μακριά από την έκρηξη ή περισσότερο. Εγκαύματα τρίτου βαθμού πάνω από το 24 τοις εκατό του σώματος ή εγκαύματα δευτέρου βαθμού πάνω από το 30 τοις εκατό του σώματος, θα οδηγήσουν σε σοβαρό σοκ και πιθανότατα θα αποβούν θανατηφόρα, εκτός εάν είναι διαθέσιμη άμεση, εξειδικευμένη ιατρική φροντίδα. Ολόκληρες οι Ηνωμένες Πολιτείες διαθέτουν εγκαταστάσεις για τη θεραπεία 1.000 ή 2.000 σοβαρών περιπτώσεων εγκαυμάτων. Ένα μόνο πυρηνικό όπλο θα μπορούσε να παράγει περισσότερα από 10.000.
Η θερμική ακτινοβολία από μια πυρηνική έκρηξη μπορεί να προκαλέσει απευθείας ανάφλεξη των υλικών ανάφλεξης. Γενικά, τα εύφλεκτα υλικά έξω από το σπίτι, όπως φύλλα ή εφημερίδες, δεν περιβάλλονται από αρκετό εύφλεκτο υλικό για να δημιουργήσουν μια αυτοσυντηρούμενη φωτιά. Οι πυρκαγιές που είναι πιο πιθανό να εξαπλωθούν είναι αυτές που προκαλούνται από τη θερμική ακτινοβολία που περνά από τα παράθυρα για να ανάψει κρεβάτια και τα παραγεμισμένα έπιπλα μέσα στα σπίτια. Μια άλλη πιθανή πηγή πυρκαγιών, που μπορεί να είναι πιο επιζήμια στις αστικές περιοχές, είναι η έμμεση. Ζημιές από έκρηξη σε καταστήματα, θερμοσίφωνες, φούρνους, ηλεκτρικά κυκλώματα ή γραμμές φυσικού αερίου θα αναφλεγούν πυρκαγιές όπου τα καύσιμα είναι άφθονα.
Άμεσες Επιδράσεις Πυρηνικής Ακτινοβολίας
Η άμεση ακτινοβολία εμφανίζεται τη στιγμή της έκρηξης. Μπορεί να είναι πολύ έντονο, αλλά η εμβέλειά του είναι περιορισμένη. Για μεγάλα πυρηνικά όπλα, το εύρος της έντονης άμεσης ακτινοβολίας είναι μικρότερο από το εύρος των επιπτώσεων της θανατηφόρου έκρηξης και της θερμικής ακτινοβολίας. Ωστόσο, στην περίπτωση μικρότερων όπλων, η άμεση ακτινοβολία μπορεί να είναι το θανατηφόρο αποτέλεσμα με τη μεγαλύτερη εμβέλεια. Η άμεση ακτινοβολία προκάλεσε σημαντική ζημιά στους κατοίκους της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι. Η ανθρώπινη αντίδραση στην ιονίζουσα ακτινοβολία υπόκειται σε μεγάλη επιστημονική αβεβαιότητα και έντονη διαμάχη. Φαίνεται πιθανό ότι ακόμη και μικρές δόσεις ακτινοβολίας κάνουν κάποιο κακό.
Fallout
Η ραδιενέργεια λαμβάνεται από σωματίδια που γίνονται ραδιενεργά από τις επιπτώσεις της έκρηξης και στη συνέχεια διανέμονται σε διάφορες αποστάσεις από το σημείο της έκρηξης. Ενώ οποιαδήποτε πυρηνική έκρηξη στην ατμόσφαιρα προκαλεί κάποια πτώση, η πτώση είναι πολύ μεγαλύτερη εάν η έκρηξη είναι στην επιφάνεια, ή τουλάχιστον αρκετά χαμηλή ώστε η φωτιά να αγγίξει το έδαφος. Οι σημαντικοί κίνδυνοι προέρχονται από σωματίδια που συλλέγονται από το έδαφος και ακτινοβολούνται από την πυρηνική έκρηξη. Τα ραδιενεργά σωματίδια που ανεβαίνουν σε μικρή απόσταση (αυτά που βρίσκονται στο «στέλεχος» του γνωστού νέφους μανιταριών) θα πέσουν πίσω στη γη μέσα σε λίγα λεπτά, προσγειώνοντας κοντά στο κέντρο της έκρηξης. Τέτοια σωματίδια είναι απίθανο να προκαλέσουν πολλούς θανάτους, γιατί θα πέσουν σε περιοχές όπου οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν ήδη σκοτωθεί. Ωστόσο, Η ραδιενέργεια θα περιπλέξει τις προσπάθειες διάσωσης ή τελικής ανασυγκρότησης. Τα ραδιενεργά σωματίδια που ανεβαίνουν ψηλότερα θα μεταφερθούν σε κάποια απόσταση από τον άνεμο πριν επιστρέψουν στη Γη, και ως εκ τούτου η περιοχή και η ένταση της πτώσης επηρεάζονται έντονα από τις τοπικές καιρικές συνθήκες. Μεγάλο μέρος του υλικού απλώς διοχετεύεται κατά τον άνεμο σε ένα μακρύ λοφίο. Οι βροχοπτώσεις μπορούν επίσης να έχουν σημαντική επίδραση στους τρόπους με τους οποίους εναποτίθεται η ακτινοβολία από μικρότερα όπλα, καθώς η βροχή θα μεταφέρει μολυσμένα σωματίδια στο έδαφος.
Οι περιοχές που δέχονται τέτοιες μολυσμένες βροχοπτώσεις θα γίνουν «καυτά σημεία», με μεγαλύτερη ένταση ακτινοβολίας από το περιβάλλον τους. και ως εκ τούτου η περιοχή και η ένταση της πτώσης επηρεάζεται έντονα από τις τοπικές καιρικές συνθήκες. Μεγάλο μέρος του υλικού απλώς διοχετεύεται κατά τον άνεμο σε ένα μακρύ λοφίο. Οι βροχοπτώσεις μπορούν επίσης να έχουν σημαντική επίδραση στους τρόπους με τους οποίους εναποτίθεται η ακτινοβολία από μικρότερα όπλα, καθώς η βροχή θα μεταφέρει μολυσμένα σωματίδια στο έδαφος. Οι περιοχές που δέχονται τέτοιες μολυσμένες βροχοπτώσεις θα γίνουν «καυτά σημεία», με μεγαλύτερη ένταση ακτινοβολίας από το περιβάλλον τους. και ως εκ τούτου η περιοχή και η ένταση της πτώσης επηρεάζεται έντονα από τις τοπικές καιρικές συνθήκες. Μεγάλο μέρος του υλικού απλώς διοχετεύεται κατά τον άνεμο σε ένα μακρύ λοφίο. Οι βροχοπτώσεις μπορούν επίσης να έχουν σημαντική επίδραση στους τρόπους με τους οποίους εναποτίθεται η ακτινοβολία από μικρότερα όπλα, καθώς η βροχή θα μεταφέρει μολυσμένα σωματίδια στο έδαφος. Οι περιοχές που δέχονται τέτοιες μολυσμένες βροχοπτώσεις θα γίνουν «καυτά σημεία», με μεγαλύτερη ένταση ακτινοβολίας από το περιβάλλον τους.
