ионизирующие излучения при ядерном взрыве».

Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО»
1
«ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ЯДЕРНОМ ВЗРЫВЕ».
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 -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 - и - 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 -квантов;
2. Осколки деления, которые в течение 2 –3 сек после взрыва испускают
нейтроны и более длительное время – -кванты;
3. Наведенная активность, которая возникает при захвате нейтронов атомами
воздуха и грунта и сопровождается испусканием «захватных» -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.
-излучение и поток нейтронов воздействуют на объект практически одновременно, поэтому поражающее действие их характеризуют суммарной дозой.
Нейтроны и -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 не-
Факультет военного обучния
Тема 4.2. “Ионизирующие излучения при ядерном взрыве”.
2
обратимые 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.
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 гаммаактивностью, 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 бетачастицы и гамма-лучи.
Альфа-частицы не представляют опасности как составляющая внешнего облучения, но опасны при попадании внутрь организма.
Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороны
Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО»
3
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.
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).
Факультет военного обучния
Тема 4.2. “Ионизирующие излучения при ядерном взрыве”.
4
Распад радиоактивных веществ приводит к спаду уровней радиции с течением времени, особенно быстрому в первые часы после взрыва. Закон изменения
уровней радиации:
t
Pt  Po 
 to



1, 2
или
Pt  P1t 1, 2 ,
где P(t) – уровень радиации на искомое время t; Ро - уровень радиации на
конкретное время to; 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 Доо =40 Р, на внутренней границе Доо = 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 Доо= 400Р и Доо= 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 Доо = 1200 Р, а на внутренней границе Доо = 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 Доо = 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 радиоакКафедра защиты в ЧС и гражданской обороны
Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО»
5
тивная пыль; поэтому даже после выхода на незараженную местность облучение
продолжается от тех радиоактивных изотопов, которые человек несет на себе.
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)
1
за год
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:
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
Факультет военного обучния