Проникающая радиация Радиационное заражение

1. Проникающая радиация Проникающая радиация ядерного взрыва представляет собой совместное -излучение и нейтронное излучение. -излучение и нейтронное излучение различны по своим физическим свойствам, а общим для них является то, что они могут распространяться в воздухе во все стороны на расстояния до 2,53 км. Проходя через биологическую ткань, -кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав живых клеток, в результате чего нарушается нормальный обмен веществ и изменяется характер жизнедеятельности клеток, отдельных органов и систем организма, что приводит к возникновению специфического заболевания лучевой болезни.

–Источником проникающей радиации являются ядерные реакции деления и синтеза, протекающие в боеприпасах в момент взрыва, а также радиоактивный распад осколков деления. -кванты могут быть мгновенными, испускаемыми в ходе протекания ядерных реакций взрыва, при взаимодействии нейтронов с конструкционными материалами боеприпаса и с ближайшими к нему слоями воздуха, осколочными, образуемыми при радиоактивном распаде осколков деления, или захватными, возникающими при ядерных реакциях захвата нейтронов атомами воздуха и грунта на значительных расстояниях от центра взрыва боеприпаса. Нейтроны проникающей радиации могут быть мгновенными, испускаемыми в ходе протекания ядерных реакций взрыва, и «запаздывающими», образующимися в процессе распада осколков деления в течение первых 23 с после взрыва.

Поражающее действие проникающей радиации характеризуется величиной дозы излучения, т. е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают дозу излучения в воздухе (экспозиционную дозу) и поглощенную дозу. Экспозиционная доза ранее измерялась внесистемными единицами рентгенами Р. Один рентген это такая до­за рентгеновского или - излучения, которая создает в 1 см3 воздуха 2,1 109 пар ионов. В новой системе единиц СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (1Р = 2, Кл/кг). Экспозиционная доза в рентгенах достаточно надежно характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующей радиации при общем и равномерном облучении тела человека. Поглощенную дозу измеряли в радах (1 рад = 0,01 Дж/кг=100 Эрг/г поглощенной энергии в ткани). Новая единица поглощенной дозы в системе СИ грэй (1 Гр = 1 Дж/кг=100 рад). Поглощенная доза более точно определяет воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани организма, имеющие различные атомный состав и плотность.

Доза проникающей радиации зависит от типа ядерного заряда, мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва. Проникающая радиация является одним из основных поражающих факторов при взрывах нейтронных боеприпасов и боеприпасов деления сверхмалой и малой мощности. Для взрывов большей мощности радиус поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов поражения ударной волной и световым излучением. Особо важное значение проникающая радиация приобретает в случае взрывов нейтронных боеприпасов, когда основная доля дозы излучения образуется быстрыми нейтронами.

Поражающее воздействие проникающей радиации на человека и на его состояние зависит от величины дозы излучения и времени, прошедшего после взрыва. В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни: первую (легкую), вторую (среднюю), третью (тяжелую) и четвертую (крайне тяжелую). Лучевая болезнь I степени возникает при суммарной дозе излучения Р. Скрытый период продолжается две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание белых кровяных шариков. Лучевая болезнь I степени излечима. Лучевая болезнь II степени возникает при суммарной дозе излучения Р. Скрытый период длится около недели. Признаки заболевания выражены более ярко. При активном лечении наступает выздоровление через 1,52 мес. Лучевая болезнь III степени наступает при дозе Р. Скрытый период составляет несколько часов. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 68 мес. Лучевая болезнь IV степени наступает при дозе свыше 700 Р, которая является наиболее опасной. При дозах, превышающих 5000 Р, личный состав утрачивает боеспособность через несколько минут.

Расстояние от эпицент ра взрыва, м Доза излучения, Р (бар) По - излучен ию По нейтр онам Суммарн ая Примечания: 1. При взрыве нейтронного боеприпаса мощ­ностью q тыс. т дозы излучения будут в q раз больше (меньше) ука­занных в таблице. 2. При взрыве ядерною заряда деления той же мощности при прочих равных условиях дозы излучения будут меньше в 510 раз. Таблица 1. Расчетные значения доз излучения при воздушном взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 тыс. т

Из табл. 1 следует, что на близких расстояниях от эпицентра взрыва в зоне смертельных и тяжелых пораже­ ний доза нейтронов значительно превосходит дозу -излучения и только на границе легких поражений, т. е. на расстоянии м, их значения будут примерно одинаковыми

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие -излучение и нейтроны. При решении вопросов защиты следует учитывать разницу в механизмах взаимодействия -квантов и нейтронов, что предопределяет выбор защитных материалов, -излучение сильнее всего ослабляется тяжелыми материалами, имеющими высокую электронную плотность (свинец, сталь, бетон). Поток нейтронов лучше ослабляется легкими материалами, содержащими ядра легких элементов, например водорода (вода, полиэтилен).

Таблица 2. Толщина слоев половинного ослабления проникающей радиации МатериалПлотность, г/см 3 Слой половинного ослабления, см по нейт рона м по - излу чени ю Вода1, Полиэтилен0, Броня7, Свинец11, Грунт1, Бетон2, Дерево0, Примечание. Интервалы значений толщины слоев половинного ослабления обусловлены различным устройством ядерных зарядов, а также энергией нейтронов и -квантов.

3. Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы и объектов Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, воды и других объектов возникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва. Значение радиоактивного заражения как поражающего фактора определяется тем, что высокие уровни радиации могут наблюдаться не только в районе, прилегающем к месту взрыва, но и на расстоянии десятков и даже сотен километров от него. В отличие от других поражающих факторов, действие которых проявляется в течение относительно короткого времени после ядерного взрыва, радиоактивное заражение местности может быть опасным на протяжении нескольких суток и недель после взрыва.

Наиболее сильное заражение местности происходит при наземных ядерных взрывах, когда площади заражения с опасными уровнями радиации во много раз превышают размеры зон поражения ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией. Сами радиоактивные вещества и испускаемые ими ионизирующие излучения не имеют цвета, запаха, а скорость их распада не может быть изменена какими-либо физическими или химическими методами. Зараженную местность по пути движения облака, где выпадают радиоактивные частицы диаметром более мкм, принято называть ближним следом заражения. На больших расстояниях дальний след небольшое заражение местности не влияет на боеспособность личного состава. Источниками радиоактивного излучения при ядерном взрыве являются: продукты деления (осколки деления) ядерных взрывчатых веществ (Pu-239, U-235 и U-238); радиоактивные изотопы (радионуклиды), образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов наведенная активность; неразделившаяся часть ядерного заряда.

Рис 1. Пример радиоактивных превращений двух осколков деления ядра урана-235

Продукты деления, выпадающие из облака взрыва, представляют собой первоначально смесь около 80 изотопов 35 химических элементов средней части периодической системы Д. И. Менделеева: от цинка ( 30) до гадолиния (64). Почти все образующиеся ядра изотопов перегружены нейтронами, являются нестабильными и претерпевают -распад с испусканием -квантов. Первичные ядра осколков деления в последующем испытывают в среднем три- четыре распада и в итоге превращаются в стабильные изотопы. Таким образом, каждому первоначально образовавшемуся ядру (осколку) соответствует своя цепочка радиоактивных превращений.

Рис. 2. Схема наземного ядерного взрыва: Л активность; Н высота подъема верхней кромки облака; Дв вертикальный размер облака; Дг - горизонтальный диа­метр облака: q мощность взрыва; V скорость среднего ветра; R расстояние от центра взрыва

Таблица 3 Зависимость высоты подъема и размеров радиоактивного облака от мощности ядерных взрывов Мощность взрыва. тыс. т Высота подъема облака, км Размеры облака, км горизонтальный диаметр высота 13,52,01,3 55,03, ,04,02,0 309,05,03,0 5010,56,03, ,210,04, ,014,06, ,018,07, ,022,08, ,034,012, ,043,015,0

В каждой точке следа, например в точке А, находящейся на удалении R от центра взрыва, выпадают радиоактивные частицы разного размера; средний размер частиц уменьшается по мере удаления от места взрыва. На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака (рис. 3). В свою очередь в районе взрыва различают наветренную и подветренную стороны. Рис. 3. Схема радиоактивного заражения местности в районе взрыва и по следу движения облака

Причиной заражения местности в районе взрыва явля­ется оседание осколков деления и образование наведенной активности. Плотность заражения местности, уровни радиации на ней, а значит, и дозы до полного распада радиоактивных веществ на границах зон заражения убывают с удалением от центра взрыва. Радиус района взрыва не превышает 2 км. С подветренной стороны заражение местности в районе взрыва увеличено за счет наложения на след облака.

Границы зон радиоактивного заражения с разной степенью опасности для личного состава можно характеризовать как мощностью дозы излучения (уровнем радиации), Р/ч, на определенное время после взрыва, так и дозой до полного распада РВ,Р. 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 = 40 Р, на внутренней границе Д =400Р. Ее площадь составляет 7080% площади всего следа. Зона Б сильного заражения. Дозы на границах Д = 400 Р и Д =1200 Р. На долю этой зоны приходится примерно 10% площади радиоактивного следа. Зона В опасного заражения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада РВ Д 1200 Р, а на внутренней границе Д=4000 Р. Эта зона занимает примерно 8 10% площади следа об­лака взрыва. Зона Г чрезвычайно опасного заражения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада РВ Д = 4000 Р, а в середине зоны Д =10000 Р.

Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 ч после взрыва составляют соответственно 8, 80, 240 и 800 Р/ч, а через 10 ч 0,5; 5; 15 и 50 Р/ч. Со временем уровни радиации на местности снижаются по зависимости, записанной в формуле (2.4), 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. Объем воздушного пространства, в котором происходит осаждение радиоактивных частиц из облака взрыва и верхней части пылевого столба, принято называть шлейфом облака (см. рис. 2). По мере приближения шлейфа к объекту уровни радиации возрастают вследствие γ-излучения радиоактивных веществ, содержащихся в шлейфе. После подхода края шлейфа наблюдается выпадение радиоактивных частиц.

Рис. 4. Схема распределения уровней радиации на время образования радиоактивного заражения в сечениях: а по следу низкого воздушного ядерного взрыва, б по следу наземного ядерного взрыва

Вначале из облака выпадают наиболее крупные частицы с высокой степенью их активности, по мере удаления от места взрыва более мелкие, а уровень радиации при этом постепенно снижается. В поперечном сечении следа уровень радиации уменьшается от оси следа к его краям. На рис. 4 приведено распределение уровней радиации на местности при наземном и низком воздушном взрывах. Мощности доз излучения на следе облака в чрезвычайно опасной зоне заражения к моменту подхода фронта радиоактивного заражения могут доходить до тысяч рентген в час, что при открытом расположении населения приведет к дозе облучения до Р. Поскольку облучение в дозах Р вызывает тяжелые поражения человека, то пребывание населения в этой зоне возможно только в сооружениях с кратностью ослабления дозы около 1 000, т. е. до величины ниже опасного уровня. Инженерные сооружения и объекты подвижной военной техники обеспечивают разный уровень защиты от γ-излучения радиоактивно зараженной местности (табл. 4).

Таблица 4 Кратность ослабления дозы излучения от зараженной местности Укрытия К осл Дезактивированные открытые щели, траншеи, окопы20 Недезактивированные открытые щели, траншеи, окопы3 Перекрытые щели40 Убежища1000 Дома: деревянные одноэтажные 3 каменные: одноэтажные 10 двухэтажные 20 трехэтажные 40 многоэтажные70 Подвалы домов: одноэтажных 40 двухэтажных100 многоэтажных400 Автомобили2 Бронетранспортеры4 Танки10

При подходе фронта радиоактивного заражения к какому-либо рубежу на местности одновременно с повышением радиации увеличивается и концентрация радиоактивных веществ в приземном слое воздуха, которая достигает максимального значения примерно к середине периода выпадения радиоактивных веществ, когда проходит центр шлейфа, и затем уменьшается к концу периода выпадения. Поскольку в органы дыхания человека практически не могут попадать частицы диаметром более 100 мкм, а именно вместе с крупными частицами выпадает основная доля активности, то общее количество РВ, которое может накопиться в незащищенных органах дыхания за период формирования следа, не вызовет острых радиационных поражений человека. Еще меньше РВ попадает в незащищенные органы дыхания при вторичном заражении воздуха, когда осевшая радиоактивная пыль поднимается в воздух во время движения техники в сухую погоду или при выполнении инженерных работ на местности.

О степени заражения радиоактивными веществами поверхностей различных объектов, одежды и кожных покровов принято судить по величине мощности дозы γ-излучения вблизи зараженных поверхностей, определяемой в миллирентгенах в час (мР/ч), а также по числу распадов ядер за единицу времени на определенной площади или в определенном объеме и обозначать соответственно: расп./(мин*см2), расп./(мин*см3), расп./(мин*л) и расп./(мин*г) (табл. 5).

Таблица 5. Предельно допустимые величины заражения различных предметов Наименование объектаМощность дозы, мР/ч Поверхность тела человека20 Нательное белье20 Лицевая часть противогаза10 Обмундирование, снаряжение, обувь, средства индивидуальной защиты 30 Поверхность тела животного50 Техника и техническое имущество200 Инженерные сооружения, корабли, самолеты, стартовые комплексы: внутренние поверхности 100