核爆炸时,高温火球辐射出的强光,直接照射人眼而造成的暂时视力下降。症状是眼发黑、眼花、视物模糊、胀痛,严重的伴有色觉机能异常,甚至出现头疼、头晕、恶心、呕吐和植物神经功能紊乱等。一般不经治疗,在爆后几秒钟到三、四小时即可恢复正常,无后遗症。
闪光盲
指核爆炸光辐射所致的视力暂时丧失。核爆炸光辐射对视觉的影响有两种: 一是视网膜烧伤,即永久性失明;一是闪光盲,即暂时失明。后者属功能性变化,经过一定时间即可恢复,无后遗症。
1942年第一颗原子弹试验时,人们就认识到光辐射对视觉的危害,为观察者提供了防护眼镜。早期的研究侧重于视网膜烧伤。五十年代对闪光盲才引起重视。核爆炸有35~40%的能量以光辐射的形式释放。火球表面的亮度约为太阳亮度的几十倍至一百倍。火球第一脉冲峰值为数百万熙提,第二脉冲峰值为数十万熙提。眼内的晶状体有聚光作用,能使强光在视网膜上成像,造成组织损伤。但烧伤只发生于人直接看见火球时,而闪光盲除直接看见火球可引起外,还可通过大气、云层或其他反射物产生的散射光所引起,故发生闪光盲的边界较核爆炸所致的任何损伤(如皮肤烧伤,视网膜烧伤等)都广,在远离爆心数百公里的地区仍可发生。背向爆心,如在近处或前方有云层等反射物也难避免。
现代高性能飞机仪表操纵系统极为复杂,需要良好的视力才能完成飞行任务。在低空攻击、编队飞行等重要飞行阶段,飞行员丧失视力几秒钟即可能导致严重飞行事故,故飞行人员防核闪光盲尤为重要。夜间飞行由于所处背景光线较弱,瞳孔散大,发生闪光盲的危险性大为增加。
人的视网膜对环境光线有一定的适应性。当外来光线的强度超过视网膜所适应的强度时,视网膜上的感光色素(视杆细胞的视紫红质和视锥细胞的视紫质)在光的作用下漂白分解,视力遂下降或丧失。强光消失后随着色素的重新合成,视力又逐渐恢复。高能量光源可在视网膜上产生与光源形状相同的余像。人所感到余像的亮度可能与感光色素漂白的量有关。随着色素的重新合成,余像的亮度逐渐减弱。闪光盲的程度通常用恢复时间表示,即强光作用后,视力恢复到某一特定水平所需的时间,对飞行员而言指到能辨识飞行仪表所需的时间。核闪光盲恢复时间约为几秒至几分钟。
影响闪光盲恢复时间有多种因素:
❶光源的物理特性,如闪光亮度、作用时间、光源在视网膜上所呈的视角(与发光体的大小和距离有关)、光谱的特征等;
❷视觉的功能状态,如闪光时瞳孔的大小、闪光前视网膜的适应状态、闪光在视网膜上成像的部位、眼内介质的特征、个体差异等;
❸闪光后目视工作的条件,如目标的亮度及所需的视锐度(与目标的大小,目视工作的精细程度有关)。一般来说恢复时间取决于闪光亮度,闪光作用时间,闪光在视网膜上成像的大小及部位,目标的亮度和所需的视锐度。闪光时间一定,恢复时间与闪光能量及观察目标的亮度呈函数关系。闪光能量很低时,恢复时间接近于零,即对视力没有什么影响。随着闪光能量增加,恢复时间增加,在一定范围内二者呈线性关系。感光色素漂白到最大限度时,闪光能量再增加,恢复时间几乎无变化。在闪光能量接近视网膜烧伤阈值时,恢复时间迅速延长,直至发生不可逆损伤,即永久性失明。闪光能量一定,恢复时间随目标亮度的增加而减少。故提高目视工作的照明度,可缩短恢复时间。
飞行人员闪光盲的允许持续时间为5秒。造成5秒恢复时间的最低闪光亮度即闪光盲的阈值亮度,夜航的阈值亮度在2熙提以下(闪光作用时间为3秒)。护目镜的闭态透光率应根据核闪光的最大亮度和在长时间闪光作用下引起闪光盲的阈值闪光亮度来确定。护目镜所需的关闭时间应根据核闪光第一峰值的最大亮度和在短时间闪光(<0.1秒) 引起闪光盲阈值闪光亮度来确定。夜航条件下引起飞行员5秒闪光盲的最低闪光能量不超过1熙提一秒,故护目镜的关闭时间应小于900微秒。国外闪光盲防护装置的一般技术要求见下表。这是对不同使用要求所作的折衷。对某一装置还应根据使用的具体要求作某些修改。如强调透光率,则数值应高于50%,强调光密度,则开态(即正常状态)透光率可降低。恢复时间也取决于使用要求,对飞行员而言,镜片必须在几秒内恢复到开态。
飞行人员防核闪光盲的基本方法是减少进入眼内光线的亮度和缩短强光作用时间。一般采用个人护目镜,或飞机采用带色的窗罩。对投掷核弹的飞行人员可用固定透光率的护目镜,核弹爆炸后摘除。在战争条件下,难以预测闪光时间,则需用其他防护措施。目前个人防护装置有两类: 一类是被动性的装置,如单眼眼罩(供夜间使用),及镀金护目镜(与头盔配套,供白天使用),七十年代多采用这两种装置。另一类是自动防护装置,即遇核闪光后自动关闭,使透光率迅速降低,闪光后又处于开态,便于观察仪表。这类装置有电子机械装置,电光装置,磁光装置,光色互变装置及电化学装置等,由于这些装置增加飞行员头部的重量负荷,限制视野或开态透光率不高,影响其使用。七十年代研制成功的锆(Zr )钛(Ti)酸铅(Pb)镧(La)透明陶瓷晶片(简称PLZT)用于核闪光盲的防护,效果较好,一些国家已装备部队。PLZT是以锆酸铅,钛酸铅为原料加以少量镧元素在高温高压下制成。晶片中嵌入交错状的细电极丝,利用电场电压的变化改变其透光度。PLZT晶片位于两块偏振镜片之间,其光轴与偏振镜的轴呈45°角。遇核闪光时,装置处于闭态(电路切断),此时晶片表面呈指状组合的电极之间无电压差,晶片在光学上呈各向同性(Isotropic),不影响光线的偏振方向,从晶片射出的偏振光,其方向与第二块偏振镜的轴垂直,故光线不能通过第二块偏振镜,从而达到遮光的效果。在无核闪光时,该装置处于开态(即电路接通),光线在电场内产生双折射效应。此时晶片在光学上呈各向异性(anisotropic),从晶片射出的光为椭圆偏振光,能通过第二块偏振镜。当对晶片施加的电压达到半波电压值时,光线变为平面的偏振光,但偏振方向扭转90°,此时装置的透光率最大。控制电压即可变换光密度。最近使用的PLZT核闪光护目镜能在150微秒内达到光密度4(透光率0.0001)。
核闪光盲防护装置的一般技术要求
透光率 闭态光密度 关闭时间(μs) 重开时间(s) 再循环速度(s) 使用寿命 光学质量 | 50% 3.0 100 2~10 2~10 100 优 |
引自Barstow,1968当前防核闪光盲的研究趋势,一是继续研制多种形式的防护装置,如飞机座舱罩的PLZT装置、与头盔配套或头戴式PLZT护目镜,并用混合微型电路来降低装置的重量。另一方面侧重于研究如何预测闪光盲的安全距离,这对于制订军事计划及设计保护装置都具有重要意义。早在六十年代国外就开展了这方面的工作,但由于核爆炸光辐射、大气衰减、散射及眼受闪光作用的资料不足,安全距离的预测仅是估计。近年来积累了大量核爆炸闪光能量与视力恢复时间的有关数据,通过电算机编制程序,已得出预测核闪光盲的数学模型,及不同当量、不同高度核爆炸、不同飞行高度防核闪光盲的安全距离图,并进一步使之完善。此外,对闪光盲的理论机制及对有关人员进行闪光盲训练等问题也予以重视。