Лекция 8

1. «ИОНИЗИРУЮЩИЕ  ИЗЛУЧЕНИЯ  ПРИ  ЯДЕРНОМ  ВЗРЫВЕ».

2. Проникающая  радиация  ядерного  взрыва.

Как  уже  говорилось,  у  различных  видов  ядерных  взрывов  могут  быть  1  или  2  поражающих  фактора,  которые  связаны  с  ионизирующими  излучениями  разной  природы. Общей  для  всех  видов  взрывов  является  проникающая  радиация,  а  для  наземных  ядерных  взрывов  дополнительным  поражающим  фактором  является  радиоактивное  заражение  местности.

Проникающая  радиация  (ПР)  ядерного  взрыва  представляет  собой  совместный  поток  g-излучения  и  нейтронов,  которые  испускаются  в  окружающую  среду  и  распространяются  в  приземном  слое  воздуха  на  расстояние  до  2,5 – 3 км  от  центра  взрыва.  Возникающие  также  при  ядерном  взрыве  a-  и  b- излучения  в  ПР  не  учитываются,  ввиду  того,  что  распространяются  в  воздухе  на  небольшие  расстояния.

Источниками  ПР  являются:

1. Ядерная  реакция,  которая  длится  около 0,07 мксек.  За  это  время  испускается  почти  99%  всех  нейтронов  и  большая  часть  g-квантов;

2. Осколки  деления,  которые  в  течение  2 –3 сек  после  взрыва  испускают  нейтроны  и  более  длительное  время – g-кванты;

3. Наведенная  активность,  которая  возникает  при  захвате  нейтронов  атомами  воздуха  и  грунта  и  сопровождается  испусканием  «захватных»  g-квантов.

Таким  образом,  основная  энергия  ПР  излучается  в  первые  мгновения  после  взрыва,  а  остаточные  излучения  могут  продолжаться  достаточно  долго.  Однако  на  расстоянии  от  взрыва  время  действия  ПР  ограничено  10 – 15 сек,  т.к.  за  это  время  радиоактивное  облако  поднимается  настолько  высоко,  что  нейтроны  и  g-лучи  не  будут  достигать  поверхности  земли.

Рекомендуемые материалы

g-излучение  и  поток  нейтронов  воздействуют  на  объект  практически  одновременно,  поэтому  поражающее  действие  их  характеризуют  суммарной  дозой. Нейтроны и g-лучи,  распространяясь  в  воздухе  многократно  рассеиваются,  поэтому  воздействие  проникающей  радиации  будет  наблюдаться  не  только  со  стороны  взрыва,  но  и  с  любых  других  направлений,  хотя  и  в  меньшей  степени.

Поражающее  действие  ПР,  как  и  других  ионизирующих  излучений,  может  быть  охарактеризовано  величиной  дозы  излучения  (экспозиционной  дозы),  которая  зависит  от  типа  ядерного  боеприпаса,  мощности  и  вида  взрыва,  а  также  от  расстояния  до  центра  взрыва.  Однако,  следует  помнить,  что  для  взрывов  средней  и  большей  мощности  радиус  поражения  проникающей  радиацией  значительно  меньше  радиусов  поражения  ударной  волной  и  световым  излучением.  В  то  же  время,  ПР  остается  одним  из  основных  поражающих  факторов  при  взрывах  боеприпасов  сверхмалой  и  малой  мощности,  а  также  нейтронных  боеприпасов,  у  которых  основная  доля  дозы  излучения  образуется  быстрыми  нейтронами.

Опасность  ПР  для  людей,  как  одного  из  видов  ионизирующих  излучений,  была  рассмотрена  раньше.  Кроме  того,  ПР  может  вызывать  обратимые  или  необратимые  изменения  в  материалах,  элементах  радиотехнической  и  электротехнической  аппаратуры,  оптических  приборах  и  др. элементах.

Обратимые  изменения  являются  следствием  ионизации  материалов  или  окружающей  среды.  Они  проявляются  в  снижении  сопротивления  изоляции,  временном  изменении  параметров  полупроводниковых  и  электровакуумных  приборов  и  т.п.

Необратимые  изменения  вызываются  нарушениями  кристаллической  структуры  вещества,  а  также  различными  физико-химическими  процессами,  возникающими  при  облучении  (радиационный  нагрев,  окислительные  процессы  и  т.п.).  Так,  например,  у  роботов,  которых  использовали  в  Чернобыле,  довольно  быстро  вышли  из  строя  системы  управления.  При  дозах  более  2000  р  стекла  оптических  приборов  приобретают  фиолетово-бурый  цвет,  что  снижает  или  даже  исключает  их  использование.  В  приборах  радиационной  разведки  под  действием  наведенной  активности  в  детекторных  блоках  выходят  из  строя  наиболее  чувствительные  поддиапазоны  измерений,  а  дозы  излучения  2 – 3 р  приводят  в  негодность  фотоматериалы,  находящиеся  в  светонепроницаемой  упаковке.

3. Радиоактивное  заражение  местности.

Другим  поражающим  фактором  наземных  ядерных  взрывов  является  радиоактивное  заражение  местности  (РАЗМ),  которое  определяется  несколькими  источниками.

Первым  источником  РАЗМ,  как  и  для  ПР,  являются  продукты  деления  ядерного  взрыва,  которые  представляют  собой  сложную  смесь,  состоящую  из  более  чем  200  изотопов  36  элементов. Большая  часть  этих  изотопов  обладает  радиоактивностью; распад  их  происходит  с  испусканием  бета-частиц  и  гамма-лучей.

На  каждую  килотонну  мощности  взрыва  образуется  около  57 г  продуктов  деления, которые по  истечении  одной  минуты  с  момента  взрыва обладают    гамма-активностью,  эквивалентной  активности  30 тыс. тонн  радия.  И  хотя  эта  активность  очень  быстро  уменьшается,  все  же  интенсивность  излучения  будет  высокой  длительное  время.

Вторым  источником  радиоактивных  излучений  является  непрореагировавшая  часть  ядерного  заряда (уран-235  или  плутоний-239, которые  распадаются  с  испусканием  альфа-частиц).

Третьим  источником  является  наведенная  активность,  т.е.  образование  радиоактивных  веществ  в  результате  взаимодействия  нейтронов  с  элементами,  находящимися  в  грунте,  воздухе  и  других  компонентах  окружающей  среды.  Наведенная  активность  будет  иметь  место  только  в  зоне  действия  потока  нейтронов,  т.е.  в  районе  взрыва.  Она  может  быть  обусловлена  взаимодействием  нейтронов  с  ядрами  атомов  алюминия,  марганца,  кремния,  железа,  натрия  и  т.д.  Эти  изотопы  распадаются  с  испусканием  бета-частиц  и  гамма-лучей.

Таким  образом  продукты  ядерного  взрыва  испускают  альфа-  и  бета-частицы  и  гамма-лучи.

Альфа-частицы  не  представляют  опасности  как  составляющая  внешнего  облучения,  но  опасны  при  попадании  внутрь  организма.

Бета-частицы  представляют  опасность  при  попадании  внутрь  организма  и  при  скоплении  большого  количества  изотопов,  которые  их  испускают  на  коже  или  одежде.  В  последних  двух  случаях  может  возникнуть  радиоактивное  поражение  кожи, называемое  бета-ожогом.

Гамма-лучи  играют  основную  роль  во  внешнем  облучении.

При  наземном  ядерном  взрыве  в  светящуюся  область  вовлекается  значительное  количество  грунта.  Часть  грунта  испаряется  (примерно  от  4  до  20  тонн  на  каждую  килотонну  мощности  взрыва),  а  большая  часть  оплавляется  (несколько  сотен  тонн  на  килотонну  мощности).  В  результате  этого  образуется  радиоактивное  облако,  в  котором  продукты  деления  осаждаются  на  частицах  грунта  и  других  материалах,  вовлеченных  в  зону  взрыва.  Облако  поднимается  вверх,  расширяется  и  охлаждается.  Высота  подъема  облака  и  его  размеры  зависят  от  мощности  взрыва  и,  в  меньшей  степени,  от  метеорологических  условий.  При  охлаждении,  а  также  вследствие  уменьшения  восходящих  потоков  в  районе  взрыва,  радиоактивные  частицы  начинают  выпадать  из  облака  на  землю.  Размеры  частиц  грунта  различны – от 1 см  до  долей  микрона.  Так  как  облако  движется  по  направлению  ветра,  то  частицы  выпадают  на  значительной  площади,  образуя,  так  называемый,  след  радиоактивного  облака.

Форма  и  размеры  следа  зависят  от  ряда  причин,  главными  из  которых  являются  мощность  взрыва  и  скорость  среднего  ветра.  Сначала  выпадают  крупные  частицы,  затем  более  мелкие,  а  самые  мелкие  остаются  в  атмосфере  длительное  время  (иногда  несколько  лет).  Таким  образом,  имеет  место  «раннее  выпадение»,  в  течение  суток  и  менее  и  «позднее  выпадение» – в  течение  месяцев  или  нескольких  лет  на  расстояниях  в  несколько  тысяч  километров  от  места  взрыва.

4. Уровни  радиации  и  зоны  при  РАЗМ.

Распределение  радиоактивных  веществ  на  местности  в  результате  выпадения  осадков  может  быть  различным  и  зависит  от  многих  причин,  в  том  числе,  от  направления  и  скорости  ветра  на  различных  высотах,  распределения  радиоактивности  внутри  облака,  размеров  частиц  и  т.д. .

На  основе  наблюдений  и  теоретических  расчетов  были  предложены  модели  распределения  радиоактивных  веществ  на  местности.  На  равнине,  при  неизменном  направлении  ветра,  как  по  высоте,  так  и  по  пути  распространения  облака,  след  будет  иметь  форму  близкую  к  эллипсу.

Наиболее  высокая  степень  радиоактивности  будет  наблюдаться  на  участках  следа  близких  к  центру  взрыва  и  на  оси  следа.

С  наветренной  стороны  след  радиоактивного  облака  будет  иметь  форму  близкую  к  окружности.

Степень  радиоактивного  заражения  местности  характеризуется  уровнями  радиации  на  определенное  время  после  взрыва  и  дозой  до  полного  распада.

Уровнем  радиации (Р)  называется  мощность  дозы  измеренная  на  высоте  0,7 – 1 м  над  зараженной  поверхностью  (рентген/час). Местность   считается  зараженной  при  уровнях  радиации  0,5 Р/ч  и  выше  (в  военное  время).

Распад  радиоактивных  веществ  приводит  к  спаду  уровней  радиции  с  течением  времени,  особенно  быстрому  в  первые  часы  после  взрыва.  Закон  изменения  уровней  радиации:

      или     ,

где  P(t) – уровень  радиации  на  искомое  время  t;  Р_о  -  уровень  радиации  на  конкретное  время  t_o; Р₁ – уровень  радиации  на  1 час после  взрыва.

По  степени  опасности  зараженную  местность  по  следу  облака  взрыва  принято  делить  на  следующие  четыре  зоны.

Зона А – умеренного  заражения.  Дозы  до  полного  распада  РВ  на  внешней  границе  зоны  Д_оо =40 Р,  на  внутренней  границе Д_оо = 400 Р.  Ее  площадь  составляет  70-80%  площади  всего  следа.

Уровень  радиации  на  внешней  границе  зоны  через  1 ч после  взрыва  составляет  8 Р/ч.

Зона Б – сильного  заражения.  Дозы  на границах Д_оо= 400Р и Д_оо= 1200 Р.  На  долю  этой  зоны  приходится  примерно  10%  площади  радиоактивного  следа.

Уровень  радиации  на  внешней  границе  зоны  через  1 ч после  взрыва  составляет  80 Р/ч.

Зона  В – опасного  заражения.  Дозы  излучения  на  ее  внешней  границе  за  период  полного  распада  РВ Д_оо = 1200 Р,  а  на  внутренней  границе Д_оо = 4000 Р.  Эта  зона  занимает  примерно  8-10% площади  следа  облака  взрыва.

Уровень  радиации  на  внешней  границе  зоны  через  1 ч после  взрыва  составляет  240 Р/ч.

Зона Г – чрезвычайно  опасного  заражения.  Дозы  излучения  на  ее  внешней  границе  за  период  полного  распада  РВ Д_оо = 4000 Р,  а  в  середине  зоны Д_оо = 10000 Р.

Уровень  радиации  на  внешней  границе  зоны  через  1 ч после  взрыва  составляет  800  Р/ч.

Со  временем  уровни  радиации  на  местности  снижаются  по  зависимости  в  соответствии  с  формулой  или  ориентировочно  в  10 раз  через  отрезки  времени,  кратные  7.  Например,  через 7 ч  после  взрыва  мощность  дозы  уменьшается  в  10 раз,  а  через  49 ч – в  100 раз.

Как  было  сказано  ранее   при  радиоактивном  распаде  на  зараженной  местности  имеет  место  альфа-,  бета-  и  гамма-излучение.  Его  воздействие  (в  основном  гамма-излучение)  вызывает  лучевую  болезнь,  как  и  проникающая  радиация.  Кроме  того  альфа-  и  бета-частицы  представляют  опасность  при  попадании  изотопов  внутрь  организма,  а  бета-частицы  еще  и  при  попадании  на  открытые  участки  тела  и  на  одежду.

Таким  образом,  на  зараженной  местности  возможны  поражения  людей  как  вследствие  внешнего  облучения,  так  и  при  попадании  значительного  количества  радиоактивных  веществ  на  тело  или  одежду  (бета-частицы)  или  внутрь  организма  (бета-  и  особенно  альфа-частицы).  Кроме  того,  следует  иметь  ввиду,  что  при  нахождении  человека  на  зараженной  местности  на  него  осаждается  радиоактивная  пыль;  поэтому  даже  после  выхода  на  незараженную  местность  облучение  продолжается  от  тех  радиоактивных  изотопов,  которые  человек  несет  на  себе.

5. Допустимые дозы облучения и уровни радиации  на  военное  время.

Допустимые дозы  облучения в  военное  время.

Для военных условий установлены следующие  допустимые дозы облуче­ния:

однократное облучение или неоднократное в течение 4х суток        50р(0,5 Гр)

многократное облучение за 10-30 суток                                          100 р  (1 Гр)

      за 3 месяца                                                                       200 р  (2 Гр)

      за год[1]                                                                               300 р  (3 Гр)

Допустимые  уровни  радиации  (мощности доз) в  военное  время.

Местность  считается  зараженной  при  уровнях  радиации  0,5 Р/ч  и  выше,  т.е.  выше  5  мГр/ч.

Безопасные  величины  заражения  поверхностей (на  время более  суток):

поверхность тела человека,  нательного белья, СИЗ,

продовольственной тары                          50 мр/ч ( 0,5  мГр/ч )

техники                                                      200 мр/ч ( 2  мГр/ч ).

Уровни  заражения  продуктов  и  воды,  не  приводящие  к  лучевому  поражению  при   потреблении  в  течение  30  суток:

вода  (ведро)                                              8  мР/ч( 0,08  мГр/ч )

пища  в  сваренном  виде,  жидкие  и  сыпучие 

продукты  (котелок)                                      3  мР/ч( 0,03  мГр/ч )

рыба  сырая                                               3  мР/ч( 0,03  мГр/ч )

Воздействие радиоактивного заражения на технические средства обычно не рассматривается.

Перечень  контрольных  вопросов  по  теме

1. Проникающая  радиация  при  ядерном  взрыве:  источники  проникающей  радиации.

2. Особенности поражающего  действия   проникающей  радиации ЯВ.

3. Источники  радиоактивного  заражения  местности  при  ЯВ;   зонирование  зараженной  при  ЯВ  местности.

4. Допустимые  дозы  облучения  и  допустимые  уровни  излучения  при  ЯВ.

Литература :

Обратите внимание на лекцию "9. Структура хранения данных для MS SQL 6.5".

Атаманюк В.Г.  и др.  Гражданская оборона.  Учебник для втузов. Высшая школа, -М., 1988.

Основы защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. - издательство Московского государственного университета. 1998.

Конспект  лекций  по  курсу  “Основы  ГО в ЧС”,  кафедра  ГО  МГТУ,  2000 г.

“Гражданская  защита”,  пособие  для  преподавателей  под  ред. Л.Титоренко,  МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998 г.

ГОСТ Р 22.3.03-94   “Радиационная  безопасность”, Госкомстандарт России, 1994 г.

---

[1] Исключая  случаи,  упомянутые  выше