核爆炸有五種殺傷破壞因素，即沖擊波、光輻射（也稱熱輻射）、瞬時核輻射、剩余核輻射（也稱放射性沾染）和核電磁脈沖。有人還提出第六種破壞因素，是指大規(guī)模核戰(zhàn)爭的結果會嚴重影響氣候和環(huán)境的變化，科學家稱為“核冬天”效應。因為大量熱能吸起的微塵和引起的大火濃煙，會長期遮蔽陽光，地球好象籠罩在寒冬之中，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，動植物和人類面臨生存威脅。五種殺傷破壞因素中主要的是沖擊波和光輻射，它們各占核爆炸能量的比例，隨武器的性質和爆炸的高度而稍有差異。對于一般原子彈空爆情況，能量分配比例如圖2.21。
原子彈爆炸所釋放的能量中，約有三分之一是以光輻射的形式放出來。這和普通炸彈很不相同。普通炸彈爆炸時，釋放的能量不大，爆炸區(qū)的溫度只有幾千度，而且灼熱的氣體的體積也很小，雖然也有很短時間（約千分之一秒）的光輻射，但實際上可以忽略。而在原子彈爆炸的情況下，由于以光輻射的形式發(fā)射的能量很大，以致光輻射成為原子彈的主要毀壞因素和殺傷因素之一。
圖2.21 原子彈爆炸能量分配圖
當原子彈在空中爆炸后，除了爆炸產(chǎn)物外，周圍的空氣也因受熱使溫度升高達幾十萬度，在這樣的超高溫影響下，發(fā)生了一系列極其復雜的物理過程。其結果是，在很短的時間內(nèi)（約百分之幾至十分之幾秒）形成一個直徑約100米的大火球，這時火球表面的溫度比太陽表面的溫度還高（太陽表面溫度約6000度），從火球表面輻射的光和熱，就是我們所說的光輻射。光輻射以光的速度向四周傳播，立刻就到達了很遠的地方。大部分的光輻射在爆炸后三秒鐘以內(nèi)發(fā)射出去，約過了十幾秒鐘光景，由于火球溫度降低，光輻射就差不多不起作用了。
光輻射的殺傷破壞主要取決于光沖量的大小。它的主要作用是著火燃燒，對人員的不同燒傷等級的參考距離見圖2.22。燒傷分三度四等⑩：
一度只傷表皮；二度傷及整個表皮及真皮層；三度傷及皮膚全層以至皮下組織。
一等為輕度燒傷–––二度燒傷面積10％以下；二等為中度燒傷–––二度燒傷面積10～20％，或三度燒傷面積在5％以下；三等為重度燒傷–––二度燒傷面積20～50％，或三度燒傷面積在5～30％之間；四等為極重度燒傷–––二度燒傷面積在50％以上，或三度燒傷面積在30％以上。
光輻射在對人員的燒傷范圍內(nèi)都可能引起房屋、莊稼著火燃燒，從而加重破壞效應。
人眼最容易受光輻射傷害，即便是1萬噸TNT當量的核爆炸，視網(wǎng)膜不受損傷的安全距離大于50公里，閃光盲安全距離大于100公里。
防光輻射的主要措施是披遮白色反光物。碉堡、地下工事當然不怕燃燒。人的眼睛最怕光輻射，暴露的人首先是閉眼，其他燒傷比較容易治療。
核爆炸時間極短，只有百萬分之幾秒，而釋放出來的能量巨大，這就使得爆炸中心的溫度上升達幾百萬甚至幾千萬度，整個原子彈變成了蒸汽；爆炸中心的最大壓強也高達十幾億甚至數(shù)百億大氣壓。這樣高的溫度和壓強下的蒸汽，迅速地向四周膨脹，強烈地壓縮周圍的空氣層而形成沖擊波。沖擊波以超音速從爆炸中心向四周擴散，壓力隨距離而很快下降。圖2.23是核爆沖擊波隨距離衰減對人員造成不同等級傷害的半徑及超壓值。
圖2.22 .不同當量光輻射傷害劑量等級范圍
沖擊波摧毀房屋、建筑和工程設施，可以拋出人體、損傷器官而造成傷亡。對人員的沖擊傷害分成四個等級⑩：
一等為輕度沖擊傷：器官一般損傷，體表擦傷，內(nèi)臟斑點狀出血等。
二等為中度沖擊傷：器官嚴重損傷，大片軟組織挫傷，內(nèi)臟斑塊狀出血，單純性肋骨骨折，腦震蕩等。
三等為重度沖擊傷：內(nèi)臟破裂，骨折，較明顯的肺出血，肺水腫等。
四等為極重度沖擊傷：同時發(fā)生多處嚴重損傷，包括嚴重的臚腦、脊髓損傷，胸、腹腔破裂，內(nèi)臟擠壓傷，以致肢體離散等。
圖2.23 不同當量沖擊波超壓傷害等級范圍
對建筑物破壞：超壓大于0.2大氣壓時，中等程度破壞，如主要承重結構出現(xiàn)嚴重裂縫，甚至倒塌。
對裝甲的破壞：裝甲車輛一般在沖擊波動壓0.1大氣壓、超壓達0.5大氣壓以上時，外部裝備會遭到破壞。爆炸當量大，作用時間長，需要的動壓值小。如在1800米高空250萬噸TNT當量核爆炸時，距爆心投影點1～1.8公里的坦克，在2～2.7個大氣壓的動壓下操作機構均遭到損壞。而在1.2萬噸TNT當量的觸地核爆炸時，距爆心300米處的坦克，在3.9個大氣壓的動壓下，操作機構才遭到破壞。
防沖擊波的主要辦法是修筑工事。大概說來，距離爆炸0.2公里的地方，磚瓦建筑會受到相當大的破壞，而鋼筋混凝土筑成的防空掩蔽部即使離爆炸零點很近，也不致受破壞。爆心近區(qū)作業(yè)，在地下碉堡里就安全無恙。兩公里以外的樓房對一般原子彈爆炸也是比較安全的。人防工事都可以防沖擊波。
瞬時核輻射指的是核爆炸后一分鐘內(nèi)釋放的核輻射，也稱早期核輻射。在釋放的許多種輻射中只有中子和g 射線才具有重要的毀傷意義。瞬時核輻射占總能量的5%。但能量高，不帶電，貫穿力強，故又稱貫穿輻射。中子輻射組分是在核爆炸發(fā)生的最初幾微秒中由彈頭裂變和聚變過程產(chǎn)生的中子。g輻射主要來自裂變反應和裂變產(chǎn)物的衰變。一分鐘以后火球遠離地面，這時由于空氣的屏蔽將使直接從火球發(fā)射出的g輻射對地面目標不會產(chǎn)生毀傷效應。
瞬時核輻射是核爆瞬時放出的中子、g射線。它對建筑物不起破壞作用，但對人畜和電子系統(tǒng)有明顯的殺傷作用。它可引起人畜感生放射性病，也可使電子系統(tǒng)致盲或失靈。如圖2.24所示。
圖2.24 早期核輻射的殺傷作用
瞬時核輻射對人員的傷害程度，取決于人員受照射的吸收劑量，也與受照射的者的健康狀況有關。吸收劑量的單位為戈瑞，射線在1公斤物質中產(chǎn)生1焦耳電離能的劑量為1戈瑞。短期內(nèi)受到照射超過1戈瑞后才能發(fā)生急性放射病。急性放射病分為輕度、中度、重度和極重度四級⑩，其吸收劑量范圍和效果如下：
表2.2 急性放射病等級及效果
等 級
吸收劑量
效 果
① 輕度
1~2戈瑞
吸收1戈瑞，有5%發(fā)生急性放射病，24小時內(nèi)出現(xiàn)惡心嘔吐。
② 中度
2~4戈瑞
吸收2戈瑞，有50％發(fā)生急性放射病，4小時內(nèi)出現(xiàn)惡心嘔吐，不經(jīng)治療有3％以下人員死亡。
③ 重度
4~6戈瑞
吸收4戈瑞，2小時內(nèi)出現(xiàn)惡心嘔吐，不經(jīng)治療，有大部分人發(fā)生死亡。
④極重度
>6戈瑞
立即出現(xiàn)惡心嘔吐，不及時治療，幾乎全部死亡。
不同當量瞬時照射發(fā)生急性放射病的范圍不同，圖2.25給出2萬噸和50萬噸核爆炸當量瞬時照射各等級急性放射病的范圍。
戰(zhàn)時軍用允許照射劑量的水平還要低 。在24小時內(nèi)無害照射應在0.05戈瑞以下，中等照射不超過0.2戈瑞，急性照射不得超過0.5戈瑞。
對核爆瞬時輻射的防護，主要是采取“擋”的辦法。屏蔽g主要是加大屏蔽物的質量，屏蔽中子主要考慮低原子序數(shù)的物質和捕獲中子能力很強的物質，如鎘和硼。防中子有半米厚的混凝土就夠了；5厘米厚的鋼鐵可使中子劑量降低一半。防g 最好是鉛磚；最方便是土層，10厘米的土層可使g 劑量減半。在三層樓房的地下室里，對中子、g都是安全的。
圖2.25 核爆炸瞬時照射急性放射病劑量范圍
剩余核輻射主要是降落下來的裂變碎片，其次是早期核輻射的中子、g 射入地表物質里感生的放射性粒子。所以又稱放射性沾染。它約占核爆總能量的10% 。沾染粒子可滲入幾厘米的土層，難于清除，散布范圍廣，而且有的壽命很長。這些放射性粒子的半衰期可從幾分之一秒到幾百萬年不等。但短半衰期的最多，所以沾染區(qū)劑量下降很快。主要放出b和g 射線。b射線用一般木板都可擋住，g則要用含鉛物質。放射性沾染危險性雖不大，但很討厭。要通過放射性沾染地段必須穿防護服。
圖2.26是1萬噸TNT當量核爆炸后1小時的放射性沾染區(qū)放射性射線照射量的強度分布圖。
圖2.26 原子爆炸放射性沾染照射量強度分布
圖中“倫”（即倫琴）是射線照射量的單位。射線穿過1立方厘米空氣產(chǎn)生電離的離子電量為1靜電單位時的照射量，稱為1倫琴。照射量指的是光子，其概念涉及到離子對的產(chǎn)生。前面講的吸收劑量的單位是戈瑞，它的概念著眼于物質所接受的能量，適用于任何可以產(chǎn)生電離的輻射。各種物質吸收能量的本領不同，且與射線能量的高低有關。對人體組織來說，當射線能量大于0.15MeV小于1.5 MeV時，1戈瑞相當于100倫。個人吸收劑量的戰(zhàn)時標準是，軍人全身照射每次小于0.5戈瑞。由此換算，則軍人全身照射每次小于50倫。如果通過200米的放射性沾染區(qū)，需要15分鐘，這個沾染區(qū)劑量率小于200倫/時，就可以通過。按圖2.26中的射線照射量強度分布，繞爆心200米以外通過是完全可以的。
核爆電磁脈沖能量很小，一般原子彈爆炸約占總能量的千分之一，可說沒什么影響。但在高空爆炸時，其作用會對電子學系統(tǒng)造成破壞和干擾。
若是純聚變武器，所謂干凈氫彈，則很少或沒有剩余輻射。其早期核輻射的比例不變，沖擊波和光輻射的比例增加到95%。它的四種殺傷破壞因素均在爆后幾秒至幾十秒內(nèi)起作用，所以這四種因素稱為瞬時殺傷破壞因素。盡管殺傷破壞半徑與當量有關，但最嚴重的也不會超過一、二十公里。
一般2萬噸TNT當量的原子彈采取空中爆炸方式，零后千萬分之一秒即發(fā)射g 和中子；百萬分之一秒彈體燃燒升溫到百萬度，形成X射線火球，繼續(xù)發(fā)射g 和中子。零后約2秒，火球熄滅，沖擊波傳到1公里以外；零后約10秒，早期核輻射結束；10秒鐘后沖擊波傳到4公里以外；零后約7分鐘，煙云達到穩(wěn)定高度。核爆炸的毀傷效應發(fā)展很快。
認識了核爆炸殺傷破壞因素的規(guī)律，人們就可采取有效防護措施，減輕它的破壞程度。例如，利用地下建筑、民防工事，以及地形、地物等，都可起到較好的防護效果。
俄國原子能部1998年出版的《蘇聯(lián)核試驗》(中譯本）一書，介紹了美軍和蘇軍在核試驗條件下進行軍事演習的情況。蘇軍1954年9月4日在核爆條件下進行了一次軍事演習。原子彈爆炸威力4萬噸，加強型戰(zhàn)壕和用石灰粉刷過的壕溝全都完好無損。在1.8公里以外停放的飛機和載重汽車均沒有受到損壞。放在爆心地面的小狗、綿羊等動物全被燒焦，掩蔽部內(nèi)的所有動物仍然活著。2公里以外的各種動物，安全無恙，核爆似乎對它們不起作用。5公里以外的所有村莊保持完好。蘇聯(lián)這次演習非同一般，由國防部部長朱可夫元帥親自指揮，邀請中國朱德元帥參加觀摩，有各軍兵種45000人參加演習，使他們學習了解了龐大的科研任務、戰(zhàn)斗任務和教學課程。這是蘇聯(lián)破天荒的第一次，也是唯一的一次。美國這種演習進行過8次以上。1946年的“十字街行動”，在比基尼島演習兩次，核爆2.3萬噸，有42000軍人參加。1951年至1957年的“沙漠巖石行動”，在內(nèi)華達試驗場的核試驗中，舉行了8個階段的軍事訓練，總共有55000多名軍人參加。1956年美國空軍的“紅翼”行動，在核試驗爆炸煙云的輻射環(huán)境中，進行了多次穿梭飛行演練。這些軍事演習說明核爆炸是可以防護的，單靠核武器是不能最后取得戰(zhàn)爭的勝利的。
日本的廣島和長崎，在毫無防護的條件下，遭到了毀滅性破壞，這是可以想象的。可是也并不像某些宣傳說的那樣，寸草不生，永無人煙，成為人類的禁區(qū)。事實上日本人民并沒有被原子彈嚇倒，他們在核廢墟的基礎上，消除污染，治療疾病，重建家園。今天的長崎、廣島，依然是風景秀麗，生機昂然，一片欣欣向榮的景象。
《蘇聯(lián)核試驗》書中的統(tǒng)計，至1996年簽訂《全面禁止核試驗條約》為止，全球歷經(jīng)了2049次核試驗（見表2.3），爆炸了2398個核裝置。其中美國核爆炸總威力共計一億九千三百萬噸（大氣層中15465萬噸，地下3835萬噸）；蘇聯(lián)核爆炸總威力共計二億八千五百四十萬噸（大氣層中24720萬噸，地下3820萬噸）。蘇聯(lián)核爆炸總當量約是美國的1.5倍。
兩國超級大國核爆炸總當量之和，相當于四億七千八百四十萬噸TNT炸藥，是長崎與廣島上空核爆炸威力的一萬三千多倍。這個數(shù)字太嚇人了！但是這樣多的地下和空中核試驗，總算未把地球捅穿，全球天氣也沒發(fā)生大的變化。那些核試驗場地反復使用，周圍的人們照常工作，核試驗對他們似乎已習以為常。
