Загальна характеристика радіоактивного забруднення місцевості, як вражаючого фактора ядерного вибуху

На відміну від раніше розглянутих вражаючих факторів ядерного вибуху, дія яких проявляється протягом короткого часу, радіоактивне забруднення місцевості зберігає свою вражаючу дію тривалий час.

Радіоактивного забруднення при ядерних вибухах піддається не тільки район, прилеглий до місця вибуху, а й місцевість, віддалена від нього на десятки і навіть сотні кілометрів.

Масштаби і ступінь РЗМ залежать від кількості, потужності і виду ядерного вибуху, часу, що пройшов з моменту ядерного удару, і метеорологічних умов.

Вражаюча дія радіоактивного забруднення місцевості визначається зовнішнім опроміненням. Попадання радіоактивних речовин на шкіру або всередину організму може лише збільшити вражаючий ефект.

У разі переходу до застосування ядерної зброї рятувальні роботи можуть вестися в т.ч. в зонах РЗМ. Все це підкреслює актуальність теми лекції та її практичну значимість.

Загальна характеристика радіоактивного забруднення місцевості, як вражаючого фактора ядерного вибуху.

Місцевість, забруднена радіоактивними речовинами з потужностями доз випромінювання небезпечними для перебування на ній людини, по площі у багато разів перевищує розміри зон поразки ударною хвилею, світловим випромінюванням і проникаючою радіацією. Такі потужності доз випромінювання можуть спостерігатися як у районі вибуху, так і на значній відстані від нього.

Крім того, особливість радіоактивного забруднення полягає в тому, що радіоактивні речовини на місцевості не виявляються органами почуттів людини, а їх активність не може бути змінена будь-якими фізико-хімічними методами.

Забруднену територію по шляху руху хмари, на якій ураження людей (вихід з ладу) можуть мати місце навіть при відносно короткочасне перебування, зазвичай називають ближнімслідом. На великих відстанях (далекий слід) місцевість також піддається радіоактивному забрудненню, яке майже не впливає на працездатність людей.

Джерелами радіоактивного забруднення місцевості і об'єктів при наземному ядерному вибуху є:

продукти поділу (осколки поділу) ядерного вибухової речовини (урану-233, урану-235, урану-238 і плутонію-239);

радіоактивні ізотопи, що виникають в матеріалах боєприпасу і в грунті під дією нейтронного потоку проникаючої радіації (наведена активність);

неразделівшаяся частина ядерного вибухової речовини.

Співвідношення між цими джерелами зараження залежить від виду вибуху, конструкції боєприпасу, типу грунту, його елементарного складу в районі вибуху і розташування місця зараження щодо центру (епіцентру) ядерного вибуху.

З усіх перерахованих джерел радіоактивного забруднення при наземному ядерному вибуху основним є радіоактивні осколки ділення.

При протіканні ядерної реакції поділу під дією нейтронів відбувається поділ ядер урану або плутонію на два (дуже рідко на три) легших атомних ядра, які називаються осколками поділу. Найбільш ймовірно ділення ядер на нерівні частини, на легкі і важкі осколки (з масовими числами 95 ... 105 і 130 ... 144) Спочатку утворюються ядра 80-ти різних ізотопів 35-ти хімічних елементів від цинку (порядковий номер 30) до гадолінію (порядковий номер 64), розташованих в середній частині періодичної системи Д.І. Менделєєва.

Майже всі ізотопи внаслідок того, що їх ядра перевантажені нейтронами, є нестабільними і більшість з них зазнає бета-розпад. В результаті, первинні ядра осколківподілу в подальшому відчувають в середньому 3-4 розпаду, після яких переходять в стабільний стан. Таким чином, кожному спочатку утворився ізотопу зазвичай відповідає цілий ланцюжок радіоактивних перетворень одних елементів в інші. Як приклад розглянемо два ланцюжки послідовних перетворень, коли їх родоначальниками є ізотопи цирконію 97 40 Zr і телуру 137 52 Te (Рис.1.)

Склад продуктів поділу залежить від часу, що пройшов після ядерного вибуху. Всього в процесі радіоактивних перетворень утворюється понад 200 різних ізотопів, але кожному моменту часу відповідає свій склад цієї суміші.

Наведена активність утворюється в результаті впливу нейтронів проникаючої радіації на хімічні елементи, що входять до складу оточуючих матеріалів і об'єктів (грунт, повітря, бойова техніка і т.п.). В результаті захоплення повільних нейтронів утворюються як радіоактивні, так і нерадіоактивні елементи.

Найбільша наведена активність утворюється при взаємодії нейтронів з ядрами наступних елементів: 27 13 Al, 55 25 Mn ,, 23 11 Na, 54 26 Fe, 58 26 Fe 59 27 Co, 14 7 N і ін.

Наведена активність в грунті швидко зменшується з часом, що зумовлено малим періодом напіврозпаду більшості перерахованих штучних радіоактивних ізотопів. З цієї причини внесок окремих ізотопів по активності протягом часу сильно змінюється.

У перші хвилини після вибуху основна активність визначається радіоактивним розпадом 27 13 Al. Протягом перших годин після вибуху наведена активність грунту обумовлена, 55 25 Mn, а через добу 23 11 Na.

Через 8-10 діб після вибуху наведена активність обумовлена ​​головним чином 59 26 Fe. Однак абсолютна величина цієї активності на цей час незначна.

Взаємодія нейтронів з азотом повітря протікає за двома напрямками. Кількість радіоактивного 14 6 За, що утворюється під дією нейтронів ядерного вибуху, залежить від типу ядерного боєприпасу і становить приблизно кілька грамів на одну тисячу тонн потужності. Радіоактивний вуглець може перебувати в атмосфері або у вигляді аерозолів, або у вигляді вуглекислого газу.

Наведена активність утворюється також в матеріалах оболонки боєприпасу і бойової техніки. При введенні в оболонку боєприпасу спеціальних добавок (кобальту, вольфраму або кадмію) кількість наведеної активності може бути збільшена або зменшена істотно. Однак при вибухах ядерних боєприпасів наведена активність становить значно меншу величину, в порівнянні з активністю продуктів поділу.

Питома активність цих ізотопів становить:

урану - 233 0,002 Кі / кг,

урану - 235 9,5 Кі / кг,

плутонію - 239 60 Кі / кг.

Знайдемо активність нероздільний частини ЯВВ під час вибуху "номінального" ядерного боєприпасу потужністю 20 тис.т. Відомо, що така потужність спостерігається при розподілі 1 кг ядерного вибухової речовини (ЯВВ). Беручи коефіцієнт використання ЯВВ рівним 20%, отримаємо, що не прореагували частина складе »4 кг, тобто матиме наступну активність в залежності від виду ЯВВ:

урану - 233 0,008 Кі,

урану - 235 38 Кі,

плутонію - 23 240 Кі.

При термоядерних вибухах може міститися в атмосфері також тритій і уран-238. Однак активність і цих ізотопів порівняно із загальною активністю продуктів поділу незначна.

Активність нероздільний частини ЯВВ необхідно враховувати лише в разі аварійних вибухів ядерних боєприпасів, а також при ліквідації ядерних зарядів підривом звичайних ВВ на поверхні землі, коли ЯВВ розкидається на невеликій площі. В цьому випадку місцевість у напрямку середнього вітру буде заражена альфа-активними продуктами.

Після випадання продуктів ядерного вибуху на місцевість (і інші об'єкти, розташовані на ній) утворюється слід радіоактивного забруднення. Крім місцевості, забруднення піддаються техніка, озброєння, особовий склад і т.д. Забрудненими можуть виявитися також вода, продовольство, повітря.

Іонізуючі випромінювання продуктів вибуху можуть впливати на організм людини і за певних умов викликати його поразку. Цей вплив може здійснюватися як в результаті зовнішнього опромінення (радіоактивні речовини знаходяться поза організмом), так і при попаданні радіоактивних речовин всередину організму через органи дихання, травний тракт, шкіру і відкриті рани (внутрішнє опромінення).

При зовнішньому опроміненні головну небезпеку для людини, що знаходиться на забрудненій місцевості, представляють гамма-кванти. Гамма-кванти, володіючи набагато більшу проникаючу здатність, ніж бета-частинки, пронизують тіло людини, вражаючи тканини всіх його органів. Зовнішнє опромінення бета-частинками трохи підсилює ефект впливу гамма-квантів.

Якщо прийняти, що місцевість є відносно рівною, то слід радіоактивного забруднення є плоским джерелом іонізуючого випромінювання здійснюватиме. Гамма-кванти і бета-частинки, що випускаються радіоактивним пилом, створюють над забрудненою місцевістю поле іонізуючих випромінювань, в якому головне значення належить гамма-квантів.

Оцінку вражаючої дії радіоактивних продуктів ядерного вибуху можна виробляти по їх здатності іонізувати повітря і повітряно-еквівалентні середовища. Величиною електричного заряду в повітрі, віднесеного до одиниці маси повітря, визначається експозиційна доза. У практиці дозиметричних вимірювань експозиційна доза визначається в рентгенах. 1 Рентген (Р) відповідає освіті 2,58 × 10 -4 кулонів (к) електрики на один кілограм повітря.

Однак, вихідним положенням при оцінці небезпеки іонізуючих випромінювань для людини є той факт, що ступінь ураження біологічної тканини, при інших рівних умовах, визначається кількістю поглиненої енергії випромінювання на одиницю маси тканини. Це справедливо в разі, якщо опромінення відбувається за час, недостатнє для помітного розвитку процесів відновлення опромінюються біологічних тканин.

Кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглиненої одиницею маси тканини, називають поглиненою дозою. Поглинена доза в практиці вимірювань визначається в радах

1 рад = 1 × 10 -2 дж / кг = 10 -2 Гр

При одному і тому ж полі випромінювань поглинена доза в різних тканинах (кістки, м'язи і ін.) Буде відрізнятися один від одного внаслідок різного ефективного атомного номера цих тканин. Вимірювання дози в радах дає можливість визначати ступінь опромінення різних органів і тканин людини, що і використовується в медицині для цілей рентгенодіагностики, рентгено-та радіотерапії та ін.

Експозиційна доза (або просто доза) в 1 Р створює при нормальних умовах в 1 см 3 повітря (0,001293 г) 2,08 × 10 9 пар іонів, що відповідає поглинанню 87 ерг енергії в 1 г повітря, т. Е. Поглиненої дозі 0,87 радий.

Хоча рентген і є мірою опромінення в потоці випромінювання, а радий - мірою результату опромінення, однак в практиці розрахунків по визначенню вражаючої дії продуктів ядерного вибуху зазвичай нехтують цим невеликим розходженням. Говорячи про біологічну дію експозиційної дози в повітрі в D Рентген, мають на увазі біологічні ефекти, що виникають у людини при поглинанні енергії в процесі опромінення кількістю випромінювання, рівним D радий, тобто експозиційну дозу прирівнюють до поглиненої дози, а Р ентген - до раду.

Дані про вихід особового складу з ладу при зовнішньому одноразовому (до 4 діб) опроміненні і розподіл втрат в часі (% до всіх опроміненим)

Час виходу з ладу після опромінення

Якщо вражає доза радіації отримана при багаторазовому опроміненні (за час більш 4 діб), то променева хвороба протікає в менш важкій формі, ніж при одноразовому опроміненні, а іноді може і не настати. Це пояснюється тим, що при багаторазовому опроміненні, що виникають в початковий період, порушення функцій організму з плином часу частково відновлюються; разом з тим зберігаються незворотні ураження організму, пропорційні загальній накопиченої дозі. Значення залишкової дози радіації в залежності від часу, що пройшов з моменту опромінення, наведені в табл.2.

Залишкова доза радіації (% до спочатку

Час після опромінення, тижні

Остат. доза радіації

При попаданні радіоактивних продуктів всередину організму можливі гострі або хронічні радіаційні ураження. Гострі форми ураження виникають при одноразовому (протягом доби) надходженні в організм радіоактивних продуктів вибуху в вражаючих кількостях; хронічні форми розвиваються після тривалого і багаторазового надходження їх в кількостях нижче вражаючих рівнів.

Слід зазначити, що не всі частинки радіоактивного пилу, що випадають із хмари вибуху в період формування сліду і знаходяться в приземному шарі повітря, можуть проникати в органи дихання людини з повітрям і затримуватися в його організмі.

В реальних умовах внутрішнє і зовнішнє забруднення людей, що діють на радіоактивно забрудненій місцевості, буде супроводжуватися загальним гамма-опроміненням. При цьому дози радіації від зовнішнього опромінення, що призводять до втрати боєздатності, можуть бути отримані значно раніше, ніж від внутрішнього забруднення, так як останнім небезпечно при попаданні всередину організму тільки великої кількості радіоактивних продуктів, що є малоймовірним. Тому вважається, що при знаходженні на місцевості, забрудненій радіоактивними продуктами вибуху, основним вражаючим фактором, що визначає вихід особового складу з ладу, є зовнішнє гамма-опромінення. Однак забруднення відкритих ділянок тіла, обмундирування і спорядження, що викликає ураження шкіри, цілком можливо, особливо в момент формування радіоактивного сліду. Щоб не допустити його, необхідно вживати заходів індивідуального та колективного захисту від попадання продуктів вибуху на поверхню тіла людини, а також своєчасно проводити дезактивацію забрудненої техніки, озброєння і т. Д.