Revision 17094355 of "Ydinaseiden painevaikutukset" on fiwiki

{{Korjattava|Paineen yksikkö Pa, kaavojen muotoilu, merkinnät kaavoissa, desimaalipilkut.}}
'''Ydinaseiden painevaikutukset''' ovat [[ydinräjähde|ydinräjähteen]] räjähdyksen aiheuttama [[paineaalto]] ja tuuli. 1 [[megatonni]]n maanpinnassa tapahtuva räjähdys aiheuttaa 5 [[PSI]]:n [[ylipaine]]en 8 km päässä. Tämä romahduttaa monet talot, vammauttaa lähes kaikki ja tappaa noin puolet. Näitä vakavia vaurioita vastaa [[hirmumyrsky]]mäinen tuulen nopeus 74 m/s. Painevaikuus riippuu räjähdysvoimasta niin, että räjähdysvoiman tuhatkertaistumien kasvattaa vaikutussädettä kymmenkertaiseksi<ref>Koivulehto s 55</ref>.

== Painevaikutus ==

[[Kuva:House 1953 Nevada Nuclear Test 5 psi.jpg|thumb|right|250px|5 PSI paine tuhoaa puukerrostalon Nevadassa vuonna 1953 tehdyssä ydikokeessa,]]
[[Kuva:Blastcurves 1.png|thumb|200px|1 kilotonnin räjähdyksen painekäyrät poikkileikkauskuvassa.]]
1 megatonnin pintaräjähdys levittää 7&nbsp;kPa (1&nbsp;PSI) painevaikutuksen jopa 80,76 kilometrin päähän. Tämä aiheuttaa talojen muuttumisen asuinkelvottomaksi.<ref name="noaa_overpressure">{{Verkkoviite | Osoite = http://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/chemical-spills/resources/overpressure-levels-concern.html | Nimeke = Overpressure Levels of Concern | Selite = | Julkaisu = | Ajankohta = | Julkaisija =NOAA, Office of Response and Restoration | Viitattu =3.11.2012 | Kieli ={{en}} }}</ref> 14&nbsp;kPa (2&nbsp;PSI) (katot ja ovet rikkoutuvat, talot luhistuvat osittain.<ref name="noaa_overpressure"/>) Teollisuusrakennukset tuhoutuvat 1&nbsp;kt räjähdyksessä 350 metrin päässä 110&nbsp;kPa:n paineessa, ja 1&nbsp;Mt räjähdyksessä 5,5 kilometrin päässä 50&nbsp;kPa:n paineessa<ref name="caps">{{Verkkoviite | Osoite = http://web.archive.org/web/20080217041222/http://www.caps.org.pk/Papers/March2002.htm | Nimeke =Effects of nuclear weapons | Tekijä = | Selite = from the book “Nuclear Weapons” by Charles S Grace | Julkaisu = caps.org.pk | Ajankohta = | Julkaisija = wayback machine | Viitattu =3.11.2012 | Kieli = }}</ref> 1 MT räjähdys kaataa puita ylipaineeseen nähden tehokkaammin, koska paineen kesto on pidempi.<ref name="caps" />


=== Rakenteisiin ===

Yhden megatonnin pintaräjähdyksen painevaikutus

*Paine PSI, etäisyys, tuhot
*1 PSI 81 km Ikkunalasit särkyvät, sirpaleet vammauttavat hieman
*2 PSI 34 km Vähäinen vaurio: katot, kevyet väliseinät, ikkunat ja ovet hajalle
*3 PSI 13 km Talot romahtavat, paljon vakavia vamamutumisia, ehkä kuolleita 
*5 PSI 8 km Rakennukset yleensä romahtavat, kaikki vähintään vammautuvat, paljon kuolleita 50% kuolee, raunioista pelastettavia 30%.

*10 PSI 5,5 km [[Teräsbetoni]]rakennukset romahtelevat tai vaurioituvat pahoin, ihmiset yleensä kuolevat 
*20 PSI 3,5 km  Vahvat betonirakenuksetkin yleensä sromahtavat, lähes kaikki kuolevat. <ref>Koivukoski s 55</ref>

Kellarien vauriot
*Talojen väestönsuojat kestävät 100-200 kPa<ref>Koivukoski s 55</ref>. 1 MT:n pintaräjähdyksessä kellarit sortuvat 7,7 km säteellä<ref>Koivukoski s 59</ref>

Räjähdyskorkeus jolla tulipallo ei kosketa maata 200*Y^(1/3)

=== Ihmisiin ===

*30 PSI kuolema<ref name="Olynyk_2013">[https://www.quora.com/How-lethal-are-Pakistans-nuclear-weapons-How-much-area-would-be-immediately-destroyed-in-a-single-attack-How-should-one-chalk-out-a-rough-evacuation-plan-if-some-day-there-is-a-strong-chance-of-a-nuclear-attack How lethal are Pakistan's nuclear weapons? How much area would be immediately destroyed in a single attack? How should one chalk out a rough evacuation plan if some day there is a strong chance of a nuclear attack.] Geoff Olynyk, Ph.D., Applied Plasma Physics and Fusion Energy, MIT, 2013, Quora</ref>
*15 psi keukot vaurioituvat
*5 PSI tärykalvot voivat vaurioitua, yleensä tätä pidetään 15% kuolleita-rajana
*2,3 PSI kallovauriot lentävistä esineistä,  vakavat lasinsirujen aiheuttamat haavat
*1.8 PSI  ilmassa lentävien esineiden vauriokynnys. Kuolema vaatii teoriassa, että ihmisen täytyy lentää hnoin 3 metriä.
*1 PSI nanhkaan haavoje lasinsirpaleista, lasinsirut lentävät noin 3 m.

== Tarkka painetaulukko ==

Seuraava taulukko kertoo tarkemmin, millaisia vaikutuksia erisuuruisilla paineilla on.

{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
|-
! ylipaine PSI
! ylipaine kPa
! etäisyys 1&nbsp;Mt<br />2&nbsp;400&nbsp;m ilmaräjähdys
! tuulennopeus
! tuhot
|-
| 0,03 [[Psi (mittayksikkö)|PSI]] || 0,2 || || ||Jotkut hyvin suuret jo jännityksen alla olevat ikkunat särkyvät, 0,2&nbsp;kPa<ref name="Mannan_Lees_2005">[http://books.google.fi/books?id=UDAwZQO8ZGUC&pg=SA17-PA190&lpg=SA17-PA190&dq=glass+failure+shatter+db&source=bl&ots=2mXo3B_GWT&sig=g6GXy6cziA9Z2JeSKK3UiBTe_90&hl=fi&sa=X&ei=fYcCUMWHConk4QTgxJSRCA&ved=0CFUQ6AEwBQ#v=onepage&q=glass%20failure%20shatter%20db&f=false Lee's Loss Prevention in the Process Industries: Hazard Identification, Assessment, and Control, (nide) 1] Mannan, Lees, Elsevier 2005</ref>
<ref name="nukefxxl">[http://www-personal.umich.edu/~cwkauff/Aero729/file/NUKEFXXL.XLS Spreadsheet of blast and thermal radiation effects]</ref>
|-
| 0,1 || || || || Joitain pieniä ikkunoita särkyy,<ref name="Mannan_Lees_2005"/> jos esirasitusta
|-
| 0,15 || || || || Tyypillinen ikkunojen halkeiluraja<ref name="Mannan_Lees_2005"/>
|-
| noin 0,2 || || || ||Yksittäisiä ikkunoita särkyy ja seiniä halkeilee (Hiroshima)
|-
| 0,3 || || || || Ilmassa lentävien esineiden raja, 2&nbsp;kPa,<ref name="Mannan_Lees_2005"/> "turvaraja" – 95&nbsp;% todennäköisyydellä ei vakavia vaurioita.<ref name="Mannan_Lees_2005"/>
|-
| 0,5 || || || 8 m/s ||Lievä vaurio: Ikkunoita särkyy laajalti, sirpaleet vammauttavat. Ikkunoiden vauriot lievät. lentokoneet vaurioituvat, mutta niillä voi lentää<ref name="Glayton_Gladstone">[http://www.textfiles.com/survival/blastfnd.txt Blast effects of nuclear bomb] SURVIVING DOOMSDAY -Clayton, from tables in THE EFFECTS OF NUCLEAR WEAPONS 1977 -Gladstone</ref>.
|-
| 0.8 || 5,5 || || || Ikkunat särkyvät, laasti irtoaa seinistä, pieniä vaurioita rakennuksille<ref name="nukefxxl"/>
|-
| 1 || 7 || 18,6 || 17 m/s<ref name="quora_why_die">[https://www.quora.com/Why-do-people-die-when-a-bomb-explodes Why do people die when a bomb explodes?]</ref> || Ikkunalasit särkyvät, lieviä vammoja sirpaleista. Talot asuinkelvottomaksi.<ref name="Mannan_Lees_2005"/> Puutalot vaurioituvat lievesti, ikkunat pahoin<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
|1.25 ||8,5|| || 20 || Ihmiset kaatuvat.<ref name="nukefxxl"/>
|-
|-
| 1.5 || || || 23 m/s<ref name=Nuclear_warfare">[http://www3.nd.edu/~nsl/Lectures/phys205/pdf/Nuclear-Warfare-8.ppt ] Destructive efefcts of nuclear weapons, lecture 8, Kaava The machanical shock vw=0.715*p/p0 *(cs/sqrt(1+0.86*p/p0) ) , p0=15 psi, cs=340 m/s</ref> || Lievä talon vaurio, lasit, kattotiilet<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 1.65 || 11,3 || || ||  Talojen puuseinät vaurioituvat.<ref name="nukefxxl"/>
|-
|-
| 1.75 || || || 27 m/s|| Jotkut lasinsirut lentävät ohuiden seinien läpi. Talot asuinkelvottomiksi, mutta vauriot korjattavissa.
|-
| 2 || 14 || ? ||31 m/s<ref name="quora_why_die"/><ref name="atomarchive">[http://www.atomicarchive.com/Effects/effects4.shtml]</ref> || Vähäiset vauriot. Katot, kevyet väliseinät ja ovet rikkoutuvat. Seisovat ihmiset saattavat lentää jaloiltaan ja vamamutua<ref name="Glayton_Gladstone"/>. Vielä 2–3&nbsp;PSI lennättää ihmisiä ulos toimistorakennuksista.<ref>Kokonaistutkimus ydinaseista, 2. painos, sivu 247</ref>
|-
| 2.35 || || || || Betonitalojen, tiilitalojen seinät vaurioituvat.<ref name="nukefxxl"/>
|-
|-
| 3 || 21 || 9,5 || 45 m/s<ref name="quora_why_die"/> ||Asuinrakennukset sortuvat, vakavat vammautumiset tavallisia, ehkä kuolleita. Seisova ihminen kaatuu 1% todennäköisyydellä kuolettavasti<ref name="Glayton_Gladstone"/>. Teräsbetonirakennusten seinät lentävät pois. Avomaastossa tuulen mukana kulkevat esineet tappavat ihmisiä.
|-
| 3,5 || ||  ||  || Puolet tavallisissa asuinrakennuksista seisovista kuolee.
|-
|4 || || || || Metsätiet poikki kaatuneiden puiden takia<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 5 || 34 || 7,0 || 72 m/s<ref>[http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq5.html]</ref> ||Useimmat kevyet liikerakennukset ja asuinrakennukset sortuvat. Puurakennukset luhistuvat. 1% [[tärykalvo]]ista halkeaa, yleensä vanhoilla<ref name="Glayton_Gladstone"/>. Vahvat rakennukset vaurioituvat pahoin. Vammautumiset tavallisia, kuolemaan johtavat yleisiä.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq5.html| Nimeke =Nuclear Weapons Frequently Asked Questions Section 5.0 Effects of Nuclear Explosions | Tekijä =Carey Sublette | Selite = | Julkaisu = The Nuclear Weapon Archive |Ajankohta = 1997 | Viitattu = | Kieli ={{en}}}}</ref> Monesti tämä ilmoitetaan paineeksi, jossa 50% ihmistä kuolee.<ref>Väyrynen 1983, sivu 71</ref>
|-
| 6 || || || || Ihmisruumis lentää niin, että 99% kuolemista voi johtua tästä<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 7 ||  ||  ||  || Vahvistetut betonirakennukset vaurioituvat lievästi<ref name="Glayton_Gladstone"/>. Puolet tavallisissa asuinrakennuksissa makaavista kuolee.{{Lähde||24. joulukuuta 2015|vuosi=2015}}
|-
| 10 || 70 || 4,8 || 130 m/s<ref name="quora_why_die"/> ||Useimmat ihmiset kuolevat, betonirakennukset luhistuvat tai vaurioituvat vakavasti.{{Lähde||24. joulukuuta 2015|vuosi=2015}}
|-
| 12 ||  ||  ||  || Lähes kaikki kuolevat.<ref>Väyrynen 1983{{lähde tarkemmin|sivunnumero puuttuu}}</ref>
|-
| 15 || || || || Ylipaine aiheuttaa pieniä vaurioita keuhkoihin<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 20 || 140 || 1,3 || 220 m/s<ref name="quora_why_die"/> ||Lähes kaikki kuolevat, vahvat betonirakennukset tuhoutuvat maan tasalle tai vaurioituvat vakavasti.{{Lähde||24. joulukuuta 2015|vuosi=2015}}
|-
| || || || || Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 30 || || || || Kaikki kuolevat.{{Lähde||24. joulukuuta 2015|vuosi=2015}}
|-
| 25 || || || || Vahvistetut betonirakennukset luhistuvat<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|-
| 35 || || || ||  Keuhkovauriot aiheuttavat 1% kuolleista.
|-
| 45 || || || || 99% tärykalvoista halkeaa
|-
| 65 || || || || 99% kuolleista aiheutuu keuhkovaurioista<ref name="Glayton_Gladstone"/>.
|}

=== Ikkunoiden särkyminen ===
Painevauriot jollekin rakennetyypille riippuvat rakenteiden ominaisuuksista ja voivat vaihdella huomattavastikin tilanteen mukaan. Yleisemmin [[Hiroshima]]ssa ikkunoita särkyi 15 kilometrin päässä räjähdyken pintanollapisteestä, ja joissain tapauksissa jopa 27 kilometrin päässä.<ref name="Bell_Dallas_2007">{{Verkkoviite | Osoite = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1828719/ | Nimeke = Vulnerability of populations and the urban health care systems to nuclear weapon attack – examples from four American cities | Tekijä = William C Bell & Cham E Dallas | Selite = | Julkaisu = Int J Health Geogr. 2007; 6: 5. | Ajankohta = | Julkaisija = | Viitattu =3.11.2012 | Kieli = }}</ref> Arviolta 50 megatonnin [[Tsar Bomba]] särki ikkunoita osittain vielä 900 kilometrin päässä räjähdyksestä.<ref name="Fas_Tsar_Bomba">[http://nuclearweaponarchive.org/Russia/TsarBomba.html Big Ivan, The Tsar Bomba (“King of Bombs”)] FAS 3 September 2007</ref>

Kaikki ikkunat särkyvät varmasti 0,5–1&nbsp;PSI:ssa.<ref name="Riegel_Kent_2007_123"/> 10&nbsp;% särkyy 0,3&nbsp;PSI:ssä, jossa esineet eivät yleensä lennä tuulen voimasta ja jossa vakavan vaurion todennäköisyys on vain 5&nbsp;%.<ref name="Riegel_Kent_2007_123">[http://books.google.fi/books?id=zPZWYerB3SYC&pg=PA123&lpg=PA123&dq=glass+failure+shatter+db&source=bl&ots=xPbOciIEYI&sig=HgQQtoN5dDiRM3VcSkw34obAFa0&hl=fi&sa=X&ei=fYcCUMWHConk4QTgxJSRCA&ved=0CF0Q6AEwBw#v=onepage&q=glass%20failure%20shatter%20db&f=false Kent and Riegel's Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, Nide 1] Tekijät Emil Raymond Riegel,James Albert Kent, Springer 2007, sivu 123 (Google Books)</ref> Lasit särkyvät vielä 0,15&nbsp;PSI:ssä. Pienet ikkunat saattavat särkyä vielä 0,10&nbsp;PSI:ssä ja uudet 0,003:ssa, jos niihin kohdistuu esirasitus.<ref name="Riegel_Kent_2007_123"/>


==  Rakenteiden tuhoutuminen ==

Paineaallon suuntaiset johdot tuhoutuvat ilmaräjähdyksessä suunnilleen yhtälön 0,42*Y^0,409 km etäisyydellä.
Paineaaltoa vastaan poikittain olevat johdot tuhoutuvat 0,50*Y^0,411 km etäisyydellä.<ref>Koivukoski 2003, s 57 ja laskema</ref>. Pintaräjähdyksessä tämä kerrotaan vakiolla 2/3.  
35 kpa ylipaine, jossa useimmat asuintalot tuhoutuvat, on 1 Mt ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 7,1 km mutta maanpintaräjähdyksessä etäisyydellä 4,5 km<ref>Koivukoski 2003, s 54</ref>
14 kpa ylipaine on 1 MT ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 13 km ja pintaräjähdyksessä 7.7 km.
Tämä on yhtälönä 1,37*Y^(1/3) km ilmaräjähdykselle ja 0,77*Y^(1/3) km pintaräjähdykselle.
Autot tuhoutuvat ilmaräjähdyksessä etäisyydellä 5/6 b=5,9 km, kun b on paineaallon suuntaisten johtojen tuhoutuminen, joka on 1 Mt räjähteelle 7,1 km{{Lähde|01.02.2018}}.
Kevyet lelentokoneet tuhoutuvat etäisyydellä 1,6 a, jossa a on 14 kpa:ta vastaava etäisyys.
1 mt ilmaräjähdyksessä kevyet lentokoneet tuhoutuvat vielä 20.8 km päässä räjähdyspisteestä.

== Ylipaine - etäisyys ==

=== Paine etäisyydestä ===

Sadovskyn kaavaan pohjautuva ydinaseille sovitettu räjähteen etäisyys-painekaava<ref>[https://www.metabunk.org/attachments/blast-effect-calculation-1-pdf.2578/ ]</ref>

<math>P_kPa=0.865*101.325*(0.84*\sqrt{3}(m)/r+2.7*\sqrt{3}(m*m)/(r*r)+7.0*m/(r*r*r))</math>

Jossa m räjähtävä ainemäärä kg,(1 kt=1000000 kilogrammaa), p_kPa paine kilopascalia, 
ja r etäisyys metreinä räjähdyspaikasta.

=== Etäisyys paineesta ===

Alla pari hyvin likimääräistä kaavaa

Ylipaine noudattaa suunnilleen kaavaa

<math>R_p=2,1 \cdot (1/(P^{0,689})) \cdot Y^{0,333}</math>

jossa ylipaineen <math>P</math> yksikkö on psi ja etäisyys <math>R_p</math> km<ref>http://holbert.faculty.asu.edu/eee460/cjc/Blast_Wave_Damage.html Blast Wave Damage ja laskema</ref>.

Jos ylipaine on välillä 2–100&nbsp;kPa. voidaan käyttää likiarvokaavaa 1&nbsp;kt räjähteelle

<math>R_p=(1/(P^0,555))*3,25*Y^{0.333}</math>

jossa <math>P</math> annetaan yksikössä kPa ja ja etäisyys <math>R_p</math> km

=== Tuulen nopeus===
Tuulen nopeus lasketaan paineesta kaavalla 
:<math>v_w = 0.715 \frac{p}{p_0} \frac{c_s}{\sqrt{1+0.86\frac{p}{p_0}}}</math>, 
missä ''c''<sub>''s''</sub> on [[äänen nopeus]], ''p'' huippupaine ja ''p''<sub>0</sub> [[ilmanpaine]], joka on 15&nbsp;PSI. Esimerkiksi 1&nbsp;PSI:n painetta vastaa tämän mukaan kova tuuli, 17&nbsp;m/s, ja 2&nbsp;PSI:tä 33 m/s sekä 5&nbsp;PSI:tä 49&nbsp;m/s.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.nd.edu/~nsl/Lectures/phys205/pdf/Nuclear_Warfare_8.pdf | Nimeke =Destructive Effects of Nuclear Weapons | Tekijä = | Tiedostomuoto =PDF | Selite = luentokalvot | Julkaisu = | Ajankohta =2004 | Julkaisija =ISNAP, University of Notre Dame | Viitattu =3.11.2012 | Kieli = }}</ref> 50&nbsp;kPa eli 7.25&nbsp;PSI vastaa tuulen nopeutta 100&nbsp;m/s.<ref name="caps" />

== Katso myös ==
*[[Ydinräjähdyksen vaikutukset]]

== Lähteet ==
{{Viitteet|Sarakkeet}}

[[Luokka: Ydinaseiden vaikutukset]]