Радиоактивное заражение

Среди поражающих факторов ядерного взрыва радиоактивное заражение занимает особое место, так как его воздействию может подвергаться не только район, прилегающий к месту взрыва, но и местность, удаленная на десятки и даже сотни километров. При этом на больших площадях и на длительное время может создаваться заражение, представляющее опасность для людей и животных. На радиоактивно зараженной местности источниками радиоактивного излучения являются: осколки (продукты) деления ядерного взрывчатого вещества; наведенная активность в грунте и других материалах; неразделившаяся часть ядерного заряда.

Осколки деления, выпадающие из облака взрыва, представляют собой первоначальную смесь около 80 изотопов 35 химических элементов средней части периодической системы Менделеева. Эти изотопы нестабильны и претерпевают бета-распады с испусканием гамма-квантов. С течением времени величина активности осколков деления падает.

Наведенная активность в грунте обусловлена образованием под действием нейтронов ряда радиоактивных изотопов, таких, как алюминий-28 ( ), натрий-24 ( ), марганец-56 ( ). Максимальная наведенная активность образуется при взрыве нейтронного боеприпаса.

Неразделившаяся часть ядерного заряда представляет собой альфа-активные изотопы плутония-239 ( ), урана-235 ( ), урана-238 ( ).

При взрыве ядерного боеприпаса радиоактивные продукты поднимаются вместе с облаком взрыва, перемешиваются с частицами грунта и под действием высотных ветров перемещаются на большие расстояния. По мере перемещения облака они выпадают, заражая местность (как в районе взрыва, так и по пути движения облака) и образуя так называемый след радиоактивного облака.

След радиоактивного облака на равнинной местности при неменяющихся направлении и скорости ветра имеет форму вы тянутого эллипса и условно делится на четыре зоны: умеренного (А), сильного (Б), опасного (В) и чрезвычайно опасного (Г) заражения.

Границы зон радиоактивного заражения с разной степенью опасности для людей принято характеризовать дозой гамма-излучения, получаемой за время от момента образования следа до полного распада радиоактивных веществ (D_∞) или мощностью дозы излучения (уровнем радиации) через 1ч после взрыва (Р₁).

Связь между дозой излучения за время полного распада D_∞ и уровнем радиации Р_tзар на время заражения выражается соотношением

(5.1)

Внешняя граница зоны А характеризуется D_∞ = 40 рад и Р₁ = 8 рад/ч. доля зоны от площади всего радиоактивного следа составляет 60%. Как правило, работы внутри объектов расположенных в зоне А не прекращаются. У внутренней границы или в середине зоны работы на открытой местности на несколько часов должны прекращаться.

На внешней границе зоны Б D_∞ = 400 рад и Р₁ = 80 рад/ч. Доля зоны от площади следа составляет 20%. В этой зоне все работы на объектах прекращаются на срок до суток, а люди укрываются в защитных сооружениях, подвалах и других укрытиях.

На внешней границе зоны В D_∞ = 1200 рад и Р₁ = 240 рад/ч. Доля зоны от площади следа составляет 13%. Все работы в этой зоне на объектах прекращаются на срок от одних до трех-четырех суток, а люди укрываются в защитных сооружениях.

На внешней границе зоны Г D_∞ = 4000 рад и Р₁ = 800 рад/ч, внутри зоны – до 10000 рад. Доля зоны от площади следа составляет 7%. Работы на объектах внутри зоны прекращаются на четверо и более суток, люди укрываются в убежищах.

На схемах и на картах внешние границы зон радиоактивного заражения наносятся разными цветами: зона А - синим, Б - зеленым, В - коричневым, Г - черным.

С течением времени, вследствие естественного распада радиоактивных веществ, уровни радиации на следе радиоактивно го заражения уменьшаются. Спад уровня радиации подчиняется зависимости

(5.2)

где Р_t—уровень радиации на любое заданное время t после взрыва, рад/ч;

Р₁—уровень радиации на 1 ч после взрыва, рад/ч;

t — время, прошедшее после ядерного взрыва, ч.

Из формулы (2) следует, что в результате распада радиоактивных веществ уровни радиации уменьшаются по принципу «7–10». Иначе говоря, с увеличением времени в 7 раз они уменьшаются в 10 раз, и наиболее интенсивный спад уровней наблюдается в первые двое суток.

Уровни радиации на местности зависят также от вида и мощности взрыва, характера рельефа, наличия лесных массивов, метеоусловий.

Местность считается зараженной и требуется применять средства защиты, если уровень радиации, измеренный на высоте 0,7…1 м от поверхности земли, составляет 0,5 рад/ч и более.

При ядерном взрыве радиоактивными веществами заражается не только местность, но и находящиеся на ней предметы, техника, имущество и одежда людей, а также приземный слой воздуха, вода и продукты питания.

Степень заражения местности и различных объектов характеризуется количеством РВ, приходящихся на единицу поверхности, т. е. плотностью заражения, измеряемой в кюри/см² (Ки/см²) кюри/км² (Ки/км²) в распадах/см² или по мощности экспозиционной дозы сопровождающего гамма-излучения в миллирентгенах/час (мР/ч), а воздуха, воды и продуктов питания – содержанием (концентрацией) РВ в единице объема или веса, измеряемой в Ки/л, Ки/кг.

Кюри — это такое количество РВ, в котором происходит 37 миллиардов распадов атомов за 1 с.

1 кюри=3,7×I0¹⁰ расп/с = 2,2×10¹² расп/мин.

Чем больше период полураспада и массовое число радиоактивного изотопа, тем большее весовое количество радиоактивного вещества соответствует 1 кюри.

Например, 1 кюри радия-226 ( ), у которого период полураспада Т_1/2 = 1590 лет, весит 1 г и занимает объем небольшой горошины.

1 кюри кобальта-60 ( ) с Т_1/2 = 5 лет—это крупинка металла весом 10^{-3 г или 1 мг.}

1 кюри натрия-24 ( ) весит 10^{-7 г.}

Активностью в 1 кюри обладает 570 кг урана-235 ( )с периодом полураспада Т_1/2=880 миллионов лет и 16 г плутония-239 с Т_1/2=24 тыс. лет.

Активность в ряде случаев измеряют в милликюри (мКи) – 10^-3 кюри и микрокюри (мкКи) — 10^-6 кюри.

В системе СИ за единицу активности принят беккерель (Бк) – это количество РВ, в котором происходит 1 расп/с. То есть 1 кюри=3,7×10¹⁰ Бк.

Заражение может быть первичным (во время выпадения радиоактивных веществ из облака взрыва) и вторичным (при движении техники по зараженной местности в результате пылеобразования). При движении техники по грунтовым дорогам в сухую погоду средняя зараженность машин и одежды личного состава, находящегося на открытых машинах, через 30…40 км марша будет составлять около 0,05% средней зараженности дорог; при движении по влажному грунту степень зараженности техники значительно повышается.

Уровни радиации на местности, степень зараженности поверхности различных объектов РВ определяются по показаниям дозиметрических приборов.

Степень радиоактивного загрязнения различных поверхностей характеризуется плотностью радиоактивного загрязнения (поверхностной активностью):

где:

А - активность загрязнителя [мкКи, млн.расп/мин, Бк];

S - площадь загрязнения [см², м², км²].

Плотность заражения Q, можно выразить через мощность экспозиционной дозы Р.

Для наземного взрыва при измерении мощности дозы гамма излучения на расстоянии 1,5…2см от поверхности объекта справедлива формула:

где Q_м - плотность загрязнения местности, а К_о - доля радиоактивного загрязнения, остающаяся на поверхности.

К_пп – коэффициент перевода МЭД в плотность загрязнения

Для техники К_о= 0,1; для одежды К_о= 0,2.

Р_м - суммарный уровень радиации, измеряется на высоте 1м в [Р/ч].

К_пм - коэффициент перехода от уровня радиации к плотности заражения, зависящей от изотопного состава радиоактивных выпадений и времени, прошедшего после взрыва, мкKи×час/см²×Р.

Для радиоактивных продуктов наземного взрыва возрастом до 1 месяца

Радиоактивно зараженная местность может вызвать поражение находящихся на ней людей как за счет внешнего гамма излучения от осколков деления, так и от попадания радиоактивных продуктов на кожные покровы и внутрь организма человека.

В результате внешнего гамма-излучения развивается лучевая болезнь, клиническая картина которой та же, что и при воздействии на организм гамма-нейтронного излучения проникающей радиации ядерного взрыва. Попадание РВ внутрь организма может происходить как ингаляционным путем при нахождении на местности в период формирования следа или после его образования, так и при употреблении радиоактивно зараженных пищевых продуктов.

В зависимости от количества радиоактивных продуктов взрыва, поступивших внутрь организма, и его индивидуальных особенностей могут развиваться поражения различной степени: тяжелые, средней тяжести и легкие.

Поражение кожи альфа- и бета-излучением РВ развивается вследствие контактного действия излучения при попадании продуктов ядерного взрыва непосредственно на кожу и слизистые оболочки человека.