Efekty Bomby - fakty i mity

 Poniższy tekst został napisany przez mojego serdecznego kolegę, Maxa Smirnova, jako pomoc dla Mistrzów Gry prowadzących sesje na mechanice REAL GF, autorskim systemie naszego wspólnego kolegi, Zena.

Tekst był niegdyś dostępny na Intergalactic Radio Station, w którym to obaj redaktorowaliśmy. Niestety serwer padł, teksty trafił szlag i przepadło. Co udało się odzyskac, to mamy. Ten tekst na szczęście także. Prosiłem Maxa aby wystawił notkę we własnym imieniu, ale ostatecznie ustaliliśmy, że zrobię to ja. Tak więc za zgodą Maxa zamieszczam go tutaj, jako swoiste kompendium wiedzy z którego korzystałem przy pisaniu Jak wyglądałby klimat po Bombie. Równocześnie może on posłużyc do rozwinięcia dyskusji, która powstała pod wyżej wspomnianą notką.

Przede wszystkim zaś ma służyc Wam, jeśli chcecie, jako niewielki acz treściwy poradnik dla Mistrzów Gry, którzy chcieliby wprowadzic na swoje sesje broń atomową - czy to w systemach współczesnych, czy futurystycznych.

Mechaniki  tu nie ma, ale myslę ze nie bedzie problemów z dostosowaniem efektów do wymogów poszczególnych systemów.

Tak więc zapraszam do lektury poniższego tekstu, oddaję głos Maxowi: 

Bomby atomowe 

W grach RPG pojawiają się czasem motywy broni atomowej, czy to jako czynnika zamieniającego urodzajną planetę w jałową pustynię, czy też jako broń którą terroryści grożą zniszczenie czegoś cennego dla drużyny.Co jednak zrobic gdy Bomba już wybuchnie?

W wypadku wybuchu Bomby silnie sugerowany jest opis narracyjny; aby ten z kolei był dokładny, konieczna jest u Mistrza Gry pewna znajomość tematu.

Wokół Bomb narosło tyle mitów i nieporozumień, iż konieczne jest poświęcenie im odrębnego rozdziału, aby to wyprostować. W pierwszej sekcji opiszę pokrótce najważniejsze fakty dotyczące typów broni nuklearnej; w  następnej znaleźć będzie można dokładny opis skutków eksplozji. 

O Bombie 

Na podstawie konstrukcji dzielimy bomby na jedno, dwu i trójfazowe; obok zwykłych konstrukcji nastawionych na siłę rażenia, istnieją również specjalne rodzaje: ładunki neutronowe, bomby „podkrytyczne” oraz „posolone” (salted).

Jednofazowe

Najnowsze bomby jednofazowe mają wewnątrz uranowej kuli dodatkowy ładunek trytu, który przechodzi szybką fuzję w momencie eksplozji, zwiększając procent rozszczepionego ładunku i przez to bezpośrednio zwiększając moc. Moc ta dochodzi do kilkuset kT. Przypominam, że pierwsze trzy bomby miały moc w granicach 10-20 kT; MIRV (objaśnienie podobnych terminów na końcu rozdziału), przenoszący kilkanaście nowoczesnych głowic jednofazowych (obecnie standard) jest w stanie cofnąć kraj wielkości Polski do epoki średniowiecza.

Bomby dwufazowe

Bomby trójfazowe

Bomby neutronowe

Głowice „podkrytyczne”

„Zabawa” z miniaturowymi ładunkami, rzędu 0.1 kT, doprowadziła w końcu do zaprojektowania „bombek”, w których - z racji podkrytycznej masy materiału rozszczepialnego- rozpadowi ulega drobny procent ładunku, a sama eksplozja wzbudzana jest przez detonację silnego materiału wybuchowego. Moc takiego urządzenia może wynosić nawet 10T TNT, czyli 0.01 kT, i jest ono raczej „brudne”, tzn. pozostawia dużo produktów opadu promieniotwórczego (choć nie rozsiewa ich z kolei po dużym terenie).

Bomby „posolone”

Nazwa, zdaje się, niewinna... Ale kryje się pod nią najgorszy rodzaj broni wymyślony przez rodzaj ludzki, „broń końca świata”. Tego typu ładunek, to bomba trójfazowa, w której ładunek U238 zastąpiono ładunkiem zwykłego metalu, jednak takiego, który ma bardzo brzydkie izotopy, powstające przy eksplozji. Najlepszy (najgorszy?) jest kobalt Co60, przechodzący w diabelski Co59.

Ogólna zasada, dotycząca promieniotwórczych izotopów, jest taka: albo rozpada się bardzo szybko (dni, godziny), wyzwalając b. duże dawki zabójczego promieniowania, ale jest ograniczony do krótkiego czasu i to w pobliżu miejsca eksplozji; albo rozpada się bardzo wolno (tysiące, miliony lat) i w rezultacie jest mało groźny, gdyż jego radiacja jest niewielka. Co59 ma okres półtrwania 5,5 roku.

Odpowiednia ilość bomb zdetonowana w stratosferze (nie tak znów wiele...) rozsiałaby w powietrzu ten izotop, a stratosferyczne wiatry rozniosłyby go w ciągu kilku miesięcy po całym globie. W miarę, jak opadałby na powierzchnię ziemi, radiacja stopniowo by rosła... Resztę znamy z filmu Ostatni Brzeg. 

Siła rażenia

„Aniołowie Pana nie kontrolują już sytuacji”.

R. Oppenheimer

 Efektem eksplozji nuklearnej jest potężna ilość wypromieniowanej energii. Energia ta przybiera postać z jednej strony pulsu promieni gamma, z drugiej strumienia cząstek elementarnych, głównie neutronów. Ta emanacja powoduje kilka form niszczycielskiej siły, które dzielimy na:1. falę uderzeniową;2. promieniowanie cieplne;3. puls neutronowy;4. promieniowanie przenikliwe;5. promieniowanie długofalowe (puls EMP).Z kolei produkty rozszczepienia uranu, rozsiane po całej okolicy, oraz, głównie, w wysokich partiach atmosfery, tworzą:6. opad promieniotwórczy.Po kolei zajmiemy się tymi wszystkimi elementami, przy czym 3, 4 i 6 znajdzie się zbiorczo pod punktem trzecim tradycyjnej triady błysk – podmuch - promieniowanie. Dokładnie zostaną określone pewne stałe, które rządzą efektami eksplozji zależnie od jej siły i dystansu. Jeśli nie jest podane inaczej, chodzi o wybuch powietrzny na wysokości 0.5(mała bomba) do 10km (duża bomba). Jako przykład została wybrana mała eksplozja o sile 2.5kT, przy której wszystkie trzy czynniki spowodują mniej więcej równą liczbę ofiar. 

Fala uderzeniowa

„Blast effect is a volume effect”

To, co na poziomie subatomowym jest falą promieniowania, energetyzującym cząstki powietrza, które oddają część energii promieniując wtórnie, energetyzując następne cząstki itd., przeradza się w efekt wytłumaczalny tradycyjną fizyką, gigantyczne ciśnienie gazu i falę, podobną do tej po rzuconym w wodę kamieniu, gdy część energii pozostaje w cząstkach powietrza i przeradza się w energię kinetyczną. Gdy fala ta przechodzi przez powietrze, po prostu słabnie z odległością; gdy uderza we wszelkie ciała stałe, powoduje uszkodzenia. Gdy wiejący z prędkością setek kilometrów na godzinę wiatr niszczy wszystko na swojej drodze, fala uderzeniowa jest chyba najbardziej spektakularnym efektem eksplozji nuklearnej.

Najpopularniejszą metodą liczenia siły fali uderzeniowej w danym miejscu jest psi; 1 psi jest równe nadciśnieniu rzędu 1/18 atmosfery. Poniżej podane są przypuszczalne uszkodzenia przy różnym natężeniu:

1 psi

Tyle wystarczy, by wybić szyby lub potargać włosy na głowie; jednak możliwe są uszkodzenia ciała od lecących obiektów (kawałków szyb na przykład), rzędu 1k6-2k6. Najbardziej narażona jest twarz.

3 psi

Zapadają się słabiej zbudowane konstrukcje, np. amerykańskie domki jednorodzinne. Podmuch obala ludzi na ziemię; latające kawałki są dużo większe i groźniejsze, ale, choć liczba rannych jest wysoka, ofiar śmiertelnych jest niewiele (do 5%).

5 psi

Tyle wystarczy na konstrukcje ceglane i podobne; mniej więcej od tego punktu zaczyna się znane z Hiroszimy (i Drezna) „morze ruin”. W otwartym terenie człowiek dozna najwyżej niewielkich kontuzji, ew. straci czapkę lub płaszcz, ale w mieście liczba ofiar śmiertelnych zbliża się tu do 50%

10 psi

Wystarczy, by poważnie uszkodzić lub zburzyć mocno zbudowane, betonowe konstrukcje, nie przewróci drapacza chmur, ale zmieni go w stalowo-betonowy szkielet. Wszelkie budynki, które przetrwają, są całkowicie „wydmuchane” ze swej zawartości. Szanse na śmierć są wyższe niż na przeżycie.

20 psi

Podmuch jest w stanie zburzyć nawet najpotężniejsze konstrukcje z żelbetonu, choć nie jest to pewne; liczba zabitych sięga 100%.

40 psi

Poza limitem większości miejskich schronów przeciwatomowych (niektóre jednak mogą wytrzymać); wszelkie „amatorskie” schrony, metra i tunele zapadną się, niosąc śmierć wszystkim wewnątrz. Na otwartym terenie pojawia się ryzyko śmierci wskutek dekompresji (10-K%). Jednak ryzyko śmierci po długim locie w powietrzu jest wyższe. Nie trzeba dodawać, że podmuch zdziera z ludzi ubrania.

100 psi

Bardzo dużo, wystarczy praktycznie na każdy schron, oprócz tych najlepszych. A jednak wciąż za mało, aby ryzyko śmierci od dekompresji przekroczyło 50%... Co i tak nie ma znaczenia. Powyższy opis podsumowuje od razu falę wtórną, powstającą, gdy powietrze powraca, by zapełnić wielką próżnię, powstałą po eksplozji; przy opisie należy jednak o niej pamiętać. Siła fali uderzeniowej nie jest prostą funkcją eksplozji; wraz ze wzrostem 10 razy wagomiaru, zasięg rażenia rośnie 3 razy.Dla 10 kT:

1 psi: 3.5 km 

3 psi: 1.7 km

5 psi: 1.1 km

10psi:0.75km

20psi:0.46km

40psi:0.25km

100psi:0.1km

 Promieniowanie cieplne

Tutaj podsumowane są efekty promieniowania o średniej długości fali, czyli cieplnego, widzialnego i UV, przekazującego wszelkiej materii, na jaką padają, energię przez promieniowanie, gwałtownie podnosząc temperaturę powierzchni; następuje gwałtowne utlenianie się bądź topnienie, a w przypadku człowieka - oparzenia.

Nieosłonięte części ciała, w zależności od pochłoniętej energii, podlegają oparzeniom:

2.5 kal/cm^2 - 1 stopnia;

5 kal/cm^2 - 2 stopnia;

8 kal/cm^2 - 3 stopnia.

100 kal/cm^2 jest w stanie wypalić ciało i organy wewnętrzne człowieka do gołej kości.

Wielkie bomby emitują ciepło wolniej, przez co liczba kalorii powodująca dany stopień oparzeń może wynieść nawet do 2 razy więcej (ok. 50 MT).

Wraz z dziesięciokrotnym wzrostem wagomiaru, zasięg oparzeń rośnie 3.5 raza, przy czym pierwszego stopnia nieco wolniej, a trzeciego - nieco szybciej (2-3%).

Dla 10kT:

1 stopień: 4 km

2 stopień: 3 km

3 stopień: 2 km

100kal/cm^2: ~0.2km

Czas pomiędzy błyskiem i nadejściem fali uderzeniowej wynosi (dla granicy oparzeń 3-go stopnia) od kilku sekund (5kT) do minuty (20MT) i dłużej. 

Obrażenia oka

Istnieją tutaj trzy poziomy zagrożenia: po pierwsze, zwykła, czasowa ślepota (od kilku sekund do kilku minut) spowodowana wypaleniem całego barwnika w zakończeniach nerwów wzrokowych. Można jej doświadczyć patrząc przez kilka sekund na silną żarówkę lub Słońce.

Po drugie, obrażenia spowodowane nagrzaniem powierzchni oka. Ok. 4% ofiar Hiroszimy wspomina silny ból i łzawienie oczu, trwające od kilku godzin do kilku dni. Tak jak w poprzednim przypadku, obrażenia te nie są trwałe.

Po trzecie, wypalenie fragmentu siatkówki przez obraz kuli ognistej.

Stopień obrażeń nie zależy tu od odległości, po prostu wypalony fragment się zmniejsza. Rzadki typ obrażeń; ofiara musi bowiem patrzeć wprost na miejsce eksplozji.

W skrajnym wypadku jednak, może się to skończyć całkowitą ślepotą (nie zanotowano takiego przypadku).

Przy eksplozji ponad 100kT, oko zdąży się zmrużyć, chroniąc w dużym stopniu przed efektami drugim i trzecim. 

Promienie UV

Nawet poza granicami oparzeń pierwszego stopnia, ilość promieniowania UV pochłoniętego przez nagie ciało może doprowadzić do śmierci, ubranie zapewnia całkowitą ochronę przed tym efektem.

Radioaktywność i pochodne 

„Dawka większa niż życie”- graffiti

Bezpośredni puls promieniowania gamma i neutronowego, jakkolwiek groźny w wypadku małych eksplozji, przy dużych mocach spowoduje ułamek procenta ogólnej liczby ofiar, ze względu na pochłanianie tego rodzaju promieni przez powietrze (z czego, w obrębie kuli ognistej, biorą swój początek wszelkie inne typy promieniowania, od cieplnego po radiowe).

Aby obliczyć bezpośrednią dawkę remów, należy przyjąć, że wraz ze wzrostem wagomiaru 10-krotnie, zasięg promieniowania rośnie 1.2-krotnie. Śmiertelna w 95% przypadków dawka 1000 remów występuje :

Dla 10 kT - 440m

przy bombie neutronowej 10kT - 800m 

Inna sprawa to opad radioaktywny i neutronowa aktywacja gruntu (i nie tylko - szczególnie „polecam” tu pancerz Abramsa ze zubożonego uranu). Jakkolwiek na poziom radiacji wpływa wiele czynników, to ogólnie spada ona w tempie 90% za każde 7 jednostek czasu (po 7 godzinach jest 10 razy słabsza, po 49-2 dobach-100 razy niż po godzinie itp). Konkretna ilość remów jest trudna do określenia; wysoki wybuch rozsiewa izotopy w atmosferze, skąd spadają o wiele później wraz z deszczem; itp, itd. Dla potrzeb systemu można przyjąć, że ktoś kręcący się po miejscu wybuchu 100kT ładunku jednofazowego (synteza jest pod tym względem „czysta”) przez pierwszy dzień „łyknie” około 100 remów za 7 godzinę; za pierwszą - 1000. Opad po dwóch tygodniach na dużym obszarze „zapewni” promieniowanie tła ok. 0,1-1rem/h. Można przyjąć, że dla 100kT to obszar województwa, a dla kilkudziesięciu MT - kraju.

Poniżej znajduje się wygodna tabelka określająca efekty napromieniowania człowieka - należy pamiętać, że remy kumulują się. 

Poniżej 100 REM

Przy tej dawce nie ma widocznych zmian chorobowych. Zmiany w komórkach krwi mogą zacząć występować już przy 25 REM, ale dopiero powyżej 50 REM jest to pewne. Zmiany obejmują min. spadek liczby białych ciałek krwi (przede wszystkim limfocytów), oraz, w mniejszym stopniu, spadek w liczbie czerwonych krwinek. Zmiany zachodzą w przeciągu kilku dni od ekspozycji, i mogą się utrzymywać przez kilka miesięcy. Są wykrywalne jedynie w testach laboratoryjnych. Od 50 REM zaczyna się atrofia węzłów chłonnych. Osłabia to system immunologiczny, przez co istnieje zwiększone ryzyko zachorowań na inne choroby. Spadek w produkcji spermy jest zauważalny już przy 20 REM, a ekspozycja na promieniowanie 80 REM ma 50% szans na czasową sterylizację u mężczyzn. 

100 – 200 REM

Słabe symptomy są widoczne gołym okiem. Najbardziej uszkodzone są tkanki krwiotwórcze, podobnie jak tkanki produkujące nasienie. Typowe objawy to lekkie (lub średnie) zawroty głowy (50% przy 200 REM), mogą pojawić się nudności. Efekt występuje w przeciągu 3 – 6 godzin od ekspozycji, i trwa od kilku do kilkudziesięciu godzin. Później następuje okres latencyjny, w którym symptomy znikają. W tym okresie obumierają komórki krwi, które nie są już zastępowane. Łagodne symptomy wracają po 10 – 14 dniach. Zwykle jest to brak apetytu (50% szans przy dawce 150 REM), podwyższona temperatura i zmęczenie (50% szans przy 200 REM), które trwają ok. 4 tygodni. Po tym czasie organizm jako tako wraca do siebie. W tym czasie ciało ma zmniejszone możliwości regeneracyjne (obrażenia są dłużej leczone), istnieje także podwyższone ryzyko infekcji. Występuje czasowa sterylizacja u mężczyzn. Im większa dawka, tym szybciej występują objawy, krótszy jest okres latencyjny (obumierania komórek krwi), i dłuższe trwanie choroby.

200 – 400 REM

Objawy zaczynają być poważne, możliwe jest zejście śmiertelne. Tkanki krwiotwórcze są wciąż najbardziej uszkodzonym organem. Zawroty głowy pojawiają się zawsze (100% przy 300 REM), szansa na wymioty osiąga 50% przy 280 REM. Początkowe symptomy pojawiają się w ciągu 1 – 6 godzin, i trwają 1 - 2 dni. Następnie następuje poprawa, w czasie której obumierają komórki krwi. Trwa to przez 1 – 2 tygodnie. Po tym okresie powracają symptomy, takie jak wypadanie włosów (50% szans przy 300 REM), gorączka, zmęczenie i niekontrolowane krwawienie z ust, nerek i jelit (50% przy 400 REM). Spadek białych krwinek jest poważny, wrażliwość na infekcje również. Przy 300 REM śmiertelność bez pomocy medycznej wynosi ok. 10%. Zaczyna występować prawdopodobieństwo stałej sterylizacji u kobiet. Powrót do zdrowia trwa od miesiąca do kilku miesięcy. 

400 – 600 REM

Śmiertelność znaczne wzrasta, od 50% przy 450 REM, do 90%  (chyba, że nastąpi szybka i wykwalifikowana interwencja medyczna). Symptomy podobne do tych z przedziału 200 – 400 REM, jednakże bardziej poważne. Pierwsze objawy pojawiają się po 0.5 – 2 godzinach i trwają dwa dni. Okres śmierci komórek krwi trwa ok. 1 – 2 tyg. Przy 600 REM wszystkie wcześniejsze objawy pojawiają się ze stuprocentową pewnością. Śmierć następuje zwykle po 2 –12 tygodniach, i jest wynikiem infekcji i wykrwawienia się. Powrót do zdrowia trwa od kilu miesięcy do roku, przy czym odbudowa komórek krwi może trwać jeszcze dłużej. Prawdopodobna staje się sterylizacja u kobiet.

 600 – 1000 REM

Przeżycie jest możliwe jedynie przy natychmiastowej interwencji medycznej. Szpik kostny zostaje prawie całkowicie  zniszczony, trzeba dokonać przeszczepu. Żołądek i jelita są poważnie uszkodzone. Pierwsze objawy występują po 15 – 30 minutach od ekspozycji, i trwają dzień lub dwa. Po nich następuje okres latencyjny, trwający 5 –10 dni. Faza końcowa trwa 1- 4 tygodnie, kończąc się śmiercią spowodowana infekcjami i krwotokami wewnętrznymi. Powrót do zdrowia, jeśli w ogóle występuje, może trwać latam ,i nigdy nie być pełnym.    Powyżej 1000 REMBardzo intensywna ekspozycja może wywołać natychmiastowe efekty, niszcząc układ metaboliczny. Powyżej 1000 REM błyskawiczna śmierć komórek jelitowych powoduje poważne krwotoki, utratę płynów (biegunka i nie trzymanie moczu), zakłócenie równowagi elektrolitycznej w organizmie. Te efekty powodują śmierć w przeciągu kilku godzin, kończąc się zapaścią układu krążenia. Pojawiają się natychmiastowe zawroty głowy, w związku z pobudzeniem centrum chemorecepcyjnym w mózgu. Przeżywalność wynosi ok. 5%, i jest możliwa tylko przy natychmiastowej interwencji medycznej.

1000 – 5000 REM

Czas wystąpienia objawów to około 5 min. od ekspozycji. Po krótkim okresie osłabienia i zawrotów głowy, człowiek wchodzi w tak zwaną „fazę chodzącego trupa”, która trwa od kilku godzin, do kilku dni. W tym czasie pacjent czuje się świetnie i nic mu nie dolega. Potem następuje faza terminalna, trwająca 2 – 10 dni. W  tej fazie następuje wysoka gorączka, majaki, anoreksja, i wszystkie wcześniej opisane objawy. Śmierć jest pewna, poprzedzona delirium i śpiączką. Klinicznie można tylko uśmierzać cierpienie.

Powyżej 5000 REM zakłócenia metaboliczne są na tyle poważne, że mogą powodować zakłócenia w pracy systemu nerwowego. Następuje natychmiastowa dezorientacja, po niej śpiączka, w przeciągu paru sekund, do paru minut. Pojawiają się konwulsje, które mogą być kontrolowane przez podawanie leków. Ofiara umiera w przeciągu 48 h.

 Armia Stanów Zjednoczonych uważa, że 8000 REM szybkiej radiacji neutronowej (z bomby neutronowej), jest w stanie "permanentnie i natychmiast unieszkodliwić żołnierza". Skąd to wiedzą, nie wiadomo. 

Inne efekty

Efekt EMP

Eksplozja nuklearna na dużej wysokości, zwłaszcza silna eksplozja, jest w stanie wyemitować fale radiowe i mikrofale, indukujące prąd we wszystkich instalacjach elektrycznych na powierzchni i powodując gwałtowne przepięcia i zwarcia. Szacuje się, że wybuch 20MT na 30 kilometrach spowodowałby zapaść sieci energetycznej i totalne zniszczenie delikatnej elektroniki na obszarze kraju, jeśli nie kontynentu. Mniejsze bomby i niższe pułapy powodują ten sam efekt, jednak znacznie słabszy. 

Jonizacja powietrza

Powstała wskutek - znowu - eksplozji w jonosferze lub stratosferze, wielka połać zjonizowanego radiacją powietrza, całkowicie uniemożliwia odbijanie się fal radiowych od jonosfery - po prostu je pochłania - co wyklucza na wielkim obszarze łączność dalszą, niż poza linię horyzontu. Przy niższych eksplozjach i miejscach niedawnych eksplozji również należy pamiętać o utrzymujących się godziny, dni lub nawet dłużej, chmurach zjonizowanego powietrza, w których gubią się fale radiowe i radarowe. 

Podgrzewanie atmosfery vs. zima atomowa

Duża wojna nuklearna może spowodować albo podgrzanie atmosfery i globalny wzrost temperatury, albo, wskutek wzniesienia potężnych ilości pyłu w górne warstwy atmosfery, globalny jej spadek. Topnienie czap lodowych, klęski nieurodzaju... to już tylko propozycje dla Mistrzów Gry, chcących przedstawić Apokalipsę...

Słowniczek: 

MIRV - Multiple Independently targetable Reentry Vehicle; rakieta o wielu niezależnie naprowadzanych głowicach (najpopularniejszy typ w dzisiejszych czasach).

MARV - MAneuverable Reentry Vehicle; rakieta o wielu głowicach manewrujących.

SRV - Single Reentry Vehicle; jednogłowicowa rakieta starego typu; zwykle bardzo potężna.

ICBM - InterContinental Ballistic Missile; międzykontynentalna rakieta balistyczna. Odpalana spod LA, jest w stanie trafić w Moskwę.

SDI - Strategic Defence Initiative; amerykański program obrony przed nadlatującymi rakietami atomowymi. Promowany przez Reagana. Zwany także programem wojen gwiezdnych.

SAC - Strategical Air Command; 1948-1991, amerykańska flota bombowców atomowych; na przełomie lat ‘50 i ‘60, za „rządów” gen. LeMaya, liczyła 3000 maszyn, B-48 i B-52. Przez całe kilkadziesiąt lat istnienia część bombowców była stale w powietrzu.

SS-20 - Radziecka rakieta międzykontynentalna, odpalana z ruchomej wyrzutni (prawie nie do namierzenia).

Minuteman - Amerykańska rakieta międzykontynentalna.