ABSTRACT
In dieser Studie werden die Auswirkungen einer nuklearen Explosion auf Menschen in einem Gebäude innerhalb einer mäßigen Schadenszone untersucht. Diese Auswirkungen hängen von vielen Parametern ab, die besser verstanden werden müssen. Außerdem breiten sich die Auswirkungen der nuklearen Explosion weiter aus als in der verheerenden Zerstörungszone, in der die meisten Menschen sofort getötet werden. Diese Verletzungen hängen jedoch von der Position einer Person im Gebäude und den Luftgeschwindigkeiten ab, die erreicht werden, wenn die Druckwelle in ein Gebäude eindringt. Die Auswirkungen der Druckwelle werden für eine indikative, leicht reproduzierbare Innenraumanordnung untersucht. Die Luftgeschwindigkeit hinter der Druckwelle beschleunigt sich im Innenraum auf noch höhere Geschwindigkeiten. Die von der Explosion ausgehenden Überschallstoßwellen dehnen sich aus, wenn sie durch eine Öffnung in den Raum eindringen, was zu Kanalisierungseffekten führt. Die Ergebnisse zeigen, dass der größte Teil der Luft in Richtung des Korridors und nicht durch die Tür des gegenüberliegenden Raums strömt, was zu hohen Luftgeschwindigkeiten in den Räumen weiter unten am Gang führt. Die im Inneren erreichte Luftgeschwindigkeit wird für zwei Überdrücke der Druckwelle, 3 und 5 Pfund pro Quadratzoll, berechnet, bei denen die meisten Betongebäude nicht zusammenbrechen. Die Daten zeigen, dass die Kraft, die durch die Geschwindigkeit der Böen, die sich an mehreren Stellen im Innenraum bilden, auf eine stehende Person einwirkt, mehreren g-Kräften der Körperbeschleunigung entspricht, die jede Person vom Boden abheben und wegschleudern können. Der Aufprall auf feste Oberflächen kann dann zu schweren Verletzungen oder zum Tod führen. Schließlich zeigen die Ergebnisse bevorzugte Bereiche in den Räumen auf, in denen ein Mensch das Risiko, den höchsten Windkräften ausgesetzt zu sein, vermeiden kann.
V. SCHLUSSFOLGERUNGEN
Wir haben die Auswirkungen einer Nuklearexplosion, die einem 750 kT-Atomsprengkopf entspricht, auf Menschen untersucht, die sich in der moderaten Schadenszone (MDZ) einer Nuklearexplosion befinden. Die MDZ ist der Bereich, in dem Betongebäude nicht einstürzen dürfen. Bei Entfernungen mit einem Überdruck von 5 psi kommt es zu schweren Verletzungen und Todesopfern sowie zu Schäden an schweren Strukturen. Bei größeren Entfernungen mit einem Überdruck von 3 psi kommt es zu schweren Verletzungen von Menschen und zur Zerstörung kleinerer Bauwerke.
Die Studie ergab, dass die Luftgeschwindigkeit hinter der Druckwelle erhebliche Kräfte auf Menschen in Innenräumen ausübt. Die stärksten Kräfte treten für einen kurzen Zeitraum von bis zu einer halben Sekunde auf. Die Luftgeschwindigkeit hinter der Druckwelle beschleunigt sich in Innenräumen auf noch höhere Geschwindigkeiten. Dies ist auf die Ausdehnung der Druckwellen zurückzuführen, die durch eine Öffnung, wie z. B. ein Fenster, in den Raum gelangen. Darüber hinaus können Kanalisierungseffekte die Luft in den Korridoren weiter beschleunigen.
Die Kraft, die auf eine stehende Person in einem Raum wirkt, entspricht mehreren g-Kräften der Körperbeschleunigung und könnte eine Person vom Boden abheben und gegen die Wände schleudern. Bei einem Überdruck von 3 psi kann die Beschleunigung 80 g erreichen, bei 5 psi übersteigt sie 140 g. Es gibt jedoch Bereiche in den Räumen, in denen die Luftgeschwindigkeit und die damit verbundenen Kräfte geringer sind. Die Simulationen liefern farbige Karten der Innenbereiche, in denen das Risiko von Personenschäden geringer ist.
In Anbetracht der Ergebnisse könnten die zuständigen Behörden Anweisungen erteilen, um zu verhindern, dass Menschen, die sich in Innenräumen aufhalten, durch die Hochgeschwindigkeitswinde hinter den eintreffenden Druckwellen beeinträchtigt werden. Darüber hinaus könnten die Ergebnisse als Richtschnur für die künftige Gestaltung von Betonstrukturen dienen.
ERKLÄRUNGEN DER AUTOREN
Interessenkonflikt
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offen zu legen.