Радиоактивные минералы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОКСИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

В.А. КОШЕЛЕВА

А.Н. ПАВЛОВ

С.-Петербург-2016

РАДИОАКТИВНЫЕ МИНЕРАЛЫ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

материал радиоактивный фукусима

Радиоактивные минералы.

 …минералы, содержащие природные радиоактивные элементы (долгоживущие изотопы радиоактивных рядов 238U, 235U и 232Th) в количествах, существенно превышающих величины их среднего содержания в земной коре (кларки). Известно около 250 Р. м., содержащих уран, торий либо оба эти элемента; радиевых минералов -- достоверно не установлено. Разнообразие Р. м., принадлежащих к различным классам и группам, обусловлено нахождением урана в четырёх- и шестивалентных формах, изоморфизмом четырёхвалентного урана с Th, редкоземельными элементами (TR), Zr и Ca, а также изоморфизмом тория с TR цериевой подгруппы.

Различают радиоактивные минералы, в которых уран (урановые минералы) или торий (ториевые минералы) присутствуют в виде основного компонента, и радиоактивные минералы, в состав которых радиоактивные элементы входят в виде изоморфной примеси (уран- и/или торийсодержащие минералы). К радиоактивным минералам не относятся минералы, содержащие механическую примесь радиоактивных минералов (минеральные смеси) или радиоактивные элементы в сорбированном виде.

Урановые минералы подразделяются на две группы. Одна объединяет минералы U4+ (всегда содержащие некоторое количество U6+), представленные окислом урана -- уранинитом UO2 и его силикатом -- коффинитом U (SiO4)1-x (OH)4x. Настуран (разновидность уранинита) и коффинит -- главные промышленные минералы гидротермальных и экзогенных месторождений урана; уранинит, кроме того, встречается в пегматитах и альбититах. Порошковатые окислы (урановые черни) и гидроокислы урана образуют существенные скопления в зонах окисления различных урановых месторождений. Титанаты урана (браннерит UTi2O6 и др.) известны в пегматитах, а также в некоторых гидротермальных месторождениях. Вторая группа объединяет минералы, содержащие U6+, -- это гидроокислы (беккерелит 3UO3Ч3H2O?, кюрит 2PbOЧ5H2O3Ч5H2O), силикаты (уранофан Ca (H2O)2U2O4(SiO4)Ч3H2O, казолит Pb [UO2][SiO4]ЧH2O), фосфаты (отенит Ca [UO2]2[PO4]2Ч8H2O, торбернит Cu [UO2]2[PO4]2Ч12H2O), арсенаты (цейнерит Cu [UO2]2[HSO4]2Ч12H2O), ванадаты (карнотит K2[UO2][VO4]2Ч3H2O), молибдаты (иригинит), сульфаты (уранопилит), карбонаты (ураноталит); все они распространены в зонах окисления урановых месторождений.

Ториевые минералы -- окисел (торианит ThO2) и силикат (торит ThSiO4) -- менее распространены в природе. Они встречаются в качестве акцессорных минералов в гранитах, сиенитах и пегматитах; иногда образуют существенные концентрации в различных россыпях.

Уран- и/или торийсодержащие минералы -- титанаты (давидит), титанотанталниобаты (самарскит,колумбит, пирохлор), фосфаты (монацит), силикаты (циркон) -- большей частью рассеяны в изверженных и осадочных горных породах, обусловливая их естественную радиоактивность. Лишь небольшая часть из них (давидит, монацит) образует существенные концентрации и является источником получения урана и тория. В радийсодержащем барите предполагается изоморфное замещение бария радием.

МИНЕРАЛЫ УРАНА И ТОРИЯ

Приведём описание нескольких минералов, которые принято называть рудными (по М.В.Соболевой и И.А.Пудовкиной. 1957 г.).

Уранинит. (Рис.8.1)

По классификации минералов относится к группе окислов - кUO2·йUO3·mPbO. Торий в нём отмечается иногда в виде следов, реже -1-1,5% и лишь в единичных случаях 2-3%. Имеет разновидности: уранинит I, уранинит II и уранинит III.

Физические свойства. Общим для минералов группы уранинита являются кристаллическая форма выделения. Наиболее распространены формы: куба, октаэдры, ромбододекаэдры. Размеры кристаллов от долей мллиметра до нескольких сантиметров. Чаще встречаются в виде неравномерной вкрапленности, реже - агрегатов или сплошных выделений неправильной формы.

Рис. Уранинит

Цвет чёрный, бархатно-чёрный, приокислении становится буроватым, коричневатым, иногда приобретает фиолетовый оттенок.

Блеск в свежем изломе сильный, смолистый илии жирный; у изменённого уранинита - матовый.

Твёрдость 6-7; у изменённого снижается до 4. Хрупкий. Излом неровный. Плотность от 10 до 8. Иногда снижается до 7 и 6,5..

Сильно радиоактивен

Условия нахождения.

Известен как минерал различных пегматитовых жил. Значительны распространением пользуется также в контактово-метаморфических и метасоматических породах. Спутниками уранинита могут быть весьма разнообразные минералы. Среди них - молибденит, сфен, флюорит, хлорит, кварц, галенит сфалерит, пирит, халькопирит и др.

Настуран. (Рис.8.2)

По классификации минералов также как и уранинит относится к группе окислов с общей формулой - кUO2·йUO3·mPbO. Синонимы: урановая смоляная обманка, урановая смоляная руда, урановая смолка. Название происходит от греческого слова «хбуфьо» (плотный) что хорошо отражает плотное скрытокристаллическое его строение. По химическому составу и физическим свойствам минералы этой группы разделяются на четыре разновидности: настуран I, настуран II, настуран III, настуран IV.

Рис. Настуран

Физические свойства. Имеет скрытокристаллическое строение. Формы - коломорфная, почковидная скорлуповатая, натечная, неправильная, прожилковидные сплошные массы. Внешние свойства настурана меняются соответственно от настурана I к настурану IV. Цвет от смоляно-чёрного до светлосерого с буроватым и коричневато-зеленоватым оттенком. Блеск

от алмазного (смоляного) до стеклянного и матово-зелёного. Излом от раковистого до плоскораковистого и неровного. Минералы настурана в основном непрозрачны.

Твёрдость: наcтуран I - больше 6, наcтуран II - 5-6, наcтуран III - 4-5, наcтуран IV - vymit 4.

Условия нахождения. Настуран известен как минерал средне- инизкотемпературных гидротермальных месторождений. По парагенетическим ассоциациям настурана с самородным висмутом установлено, что температура его выделения бывает ниже 200оС. Среди гидротермальных месторождений по минералогическому составу выделяется ряд типов оруденения: карбонатный, арсенидный, сульфидный, гематитовый, магнетито-гематитовый.

Группа урановых черней.

Урановые черни - это рыхлые вещества переменного соства, образующиеся главным образом в результате изменения настурана и уранинита. В Качестве постоянных примесей в них присутствуют Mg, Ca, As, Fe, S, C, H2O. В отечественную литературу термин введён В.И.Вернадским. Некоторые исследователи термин «урановая чрнь» не употребляют, а сажистые окислы урана относят к порошковым уранинитам.

Физические свойства. Урановые черни остаточные представляют собой аморфное вещество. По внешнему виду они выглядят как рыхлое тонкодисперсное или порошковидное вещество, которое в горных выработках бывает настолько влажным, то по консистенции напоминает глину. Однако оно лишено пластичности и способно сравнительно легко переноситься движущейся водой. В смеси с гипергенными тонкодисперсными минералами обычно в виде налётов, тончайших плёнок, иногда более или менее плотных корочек обволакивает минералы вмещающих пород и руд.

Цвет этих корочек или плёнок чёрный или серовато-чёрный. Блеск матовый, иногда слабо смолистый. Излом плоскораковистый или неровный. Твёрдость низкая - меньше 3. Плотность небольшая.

Условия нахождения.

Остаточные урановые черни возникают в результате окисления и разрушения уранинита или настурана, образуя рыхлую массу на поверхности этих минералов или проникая по трещинам в них. В остаточных урановых чернях, образующихся в зоне цементации, радиоактивное равновесие смещено в сторону урана, а в чернях, образующихся в зоне окисления, равновесие смещено в сторону радия.

В зоне цементации черни встречаются в тесной ассоциации с халькозином и ковеллином, а зоне окисления они обычно находятся в тонкодисперсной смеси с гипергенными минералами (лимонит, гётит и др.) и частично сопровождаются вторичными урановыми минералами.

Коффинит. U (SiO4)1-x (OH)4x (Рис.8.3)

Относится к классу силикатов. Входит в группу силикатов урана. У А.Г. Бетехтина описано пять минералов этой группы, У А. Соболевой и И. Пудовкиной - уже девять. Силикаты урана распространены довольно широко. Нередко образуют скопления, представляющие промышленный интерес.

Рис.Коффинит

Однако изучены они ещё недостаточно. По коффиниту можно привести следующие характеристики:

Физические свойства.

Цвет черный. Блеск тусклый до алмазного. Прозрачность просвечивает. Твердость 5-6. Плотность 4,39-5,1. Излом полураковистый, землистый. Форма кристаллов - призматические или дипирамидально-призматические. Агрегаты - кристаллы, радиально-лучистые или гроздевидные сростки, землистые выделения, корочки с почковидной поверхностью. Поведение в кислотах - разлагается разбавленными HNO3 и H2SO4. Сильно радиоактивен.

Условия нахождения.

Найден в тесной ассоциации с уранитом, карбонатом урана, чёрными ванадиевыми минералами, органическим веществом, пиритом, кварцем.

Торианит. ThO2, обычно примесь UO2 и РbО. (Рис.8.4)

Относится к классу безводных окислом. Возглавляет группу торианита. Кристаллы кубические, часто округлые., размеров от долей миллиметра до 3-5 см. нередко образуют двойники прорастания.

Физические свойства

Цвет - темносерый до чёрного. При выветривании становится коричневосерым, иногда жёлтовато-бурым. Излом неровный до полураковистого. Твердость 6,5-7,5. Хрупкий. Плотность 8,07-9,7.

Рис. Торианит

Плотность и твёрдость уменьшаются с изменением минерала. Блеск смолистый, полуметаллический. Сильно радиоактивен.

Условия нахождения.

Устойчивый высокотемпературный минерал. Обнаруживется в аллювиальных шлихах. Его образование обычно связывают с пегматитовыми процессам минералообразования. Отмечаются находки в пироксенитах и метаморфизованных известняках.

Торит ThSiO4 (Рис. 8.5)

Относится к классу силикатов, подклассу силикатов с изолированными тетраэдрами SiO4, группе циркона. Имеет несколько разновидностей: оранжит - прозрачные или просвечивающие разности оранжевого цвета, ураноторит - разновидность, содержащая уран (U3O8 до 10-16%) и др. Часть тория часто замещается UO2, PbO, Fe2O3,CaO; Обычно содержит гелий и мезоторий, редко присутствует торий. Кристалла очень редки, имеют тот же облик, что и кристаллы циркона.

Рис. Торит

Физические свойства.

Цвет чёрный, бурый, жёлтый, оранжевый, розовато-оранжевый, сургучно-красный. Излом раковистый. Твердость 4,5-5,0. Хрупкий. Плотность 4,0-4,8 (по А.Бетехтину - 5,4, у изменённых разностей падает до 4,8 и даже до 4,0).Все разности сильно радиоактивны.

Условия нахождения.

Торит встречается в пегматитовых жилах в ассоциации с дымчатым кварцем, бериллом, флюоритом, турмалином, топазом цирконом и др. Его находки известны в микроклиновых пегматитах, содержащих роговую обманку и диопсид-геденбергит. В меньшей степени здесь распространены: ортит, сфен, оранжит, циркон, магнетит, редко апатит и эпидот. Торит также известен в роговиках. Кристаллы его то рассеяны в породе, концентрируются, образуя подобие прожилков.

ЖЕРТВЫ РАДИОАКТИВНОСТИ

Виды и дозы излучения

Альфа-излучение - поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, не способно проникнуть даже сквозь лист бумаги и человеческую кожу. Становится опасным, только при попадании внутрь организма с вдыхаемым воздухом, пищей, через рану.

Бета-излучение представляет собой поток отрицательно заряженных частиц, способных проникать сквозь кожу на глубину 1-2 см.

Гамма-излучение имеет самую высокую проникающую способность.Его может задержать толстая свинцовая или бетонная плита.

Опасность радиации состоит в её ионизирующем излучении, которое воздействуя на атомы и молекулы превращает их в положительные заряженные ионы, тем самым разрывая химические связи молекул, составляющих живые организмы, и вызывая биологически важные изменения.

Эскпозиционнная доза - основная характеристика, показывающая величину ионизации сухого воздуха. Единица измерения - рентген. (Единица измерения эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр ( мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг-1.)

Поглощённая доза - количество поглощённой энергии на единицу массы вещества. Единицами измерения являются грей и рад. При этом 1 грей(Гр) = 100 рад. (Поглощённая доза равна одному грею, если в результате поглощения ионизирующего излучения вещество получило один джоуль энергии в расчёте на один килограмм массы. Радиан - единица используемая сегодня редко)

Эквивалентная доза - мера биологического воздействия на живые организмы. Рассчитывается как поглощённая доза, умноженная на коэффициент качества (КК), показывающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма.

Единица измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ), используется с 1979 г. 1 зиверт -- это количество энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозегамма-излучения в 1 Гр].

Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом:

1 Зв = 1 Дж / кг = 1 мІ / сІ (для излучений с коэффициентом качества, равным 1,0).

КК для рентгеновских, бета и гамма лучей равен 1, для протонов и быстрых нейтронов 3-10, для альфа излучения 20. Отсюда - хотя альфа излучение, имеет низкую проникающую способность, но при попадании внутрь несет наибольшую опасность. При этом при КК=1 можно считать, что 1 бэр соответствует поглощенной дозе в 1 рад. Также для упрощения расчётов, можно считать, что экспозиционная доза 1 рентген для биологической ткани соответствует поглощенной дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (при КК=1), т.е. 1 Р = 1 рад = 1 бэр. Это что касается бэров. Также 1 Зв = 1 Гр (при КК=1).

Мощность дозы - показывает какую дозу облучения за промежуток времени получит живой организм. Единица измерения - зиверт/час. Мощность эквивалентной дозы, или мощность амбиентного эквивалента дозы H*(d), показывают бытовые дозиметры, которые отградуированы, как правило, в мкЗв/час или мкР/час (старые модели). При этом 1 Зв = 100 Р и соответственно 1 Зв/ч = 100 Р/ч.

Эффективная эквивалентная доза применяется при расчёте индивидуальной дозы облучения и представляет собой эквивалентную дозу, умноженную на коэффициент радиацинного риска для разных органов человека. Другими словами, органы и ткани человека имею разную восприимчивость к радиационному облучению. Наиболее восприимчивы к радиации красный костный мозг, легкие, гонады. Менее подвержены излучению щитовидная железа, мышцы и другие органы. Просуммировав эквивалентные дозы, умноженные на коэффициенты радиационого риска органов, получим эффективную эквивалентную дозу, измеряемую также в бэрах и зивертах. При этом 1 Зв = 100 бэр.

Коэффициент радиационного риска для всех органов тела - различен. Коллективная эффективная эквивалентная доза рассчитывается для группы людей.

Естественное радиационное облучение (природная радиация) можно разделить на внешнее облучение и внутреннее. Внешнему радиационному облучению мы подвергаемся при перелетах на самолете, из-за воздействия космических лучей. При походах в горы вы подвергаетесь большему воздействию естественного радиационного излучения, чем над уровнем моря (0,08-0,3 мкЗв/час. Такой уровень радиации считается допустимым. На внутреннее облучение приходится 2/3 эквивалентной эффективной дозы, получаемой человеком от естественных источников радиации, поступаемых в организм с пищей, водой и воздухом.

Вкладом в естественное облучение человека вносит радиоактивный газ радон, на долю которого приходится 3/4 годовой эквивалентной эффективной дозы радиационного облучения человека. Радон высвобождается из недр повсеместно, неравномерно, накапливаясь в непроветриваемых помещениях. Также содержится в некоторых строительных материалах и глубоких артезианских источниках воды. Опасно попадание паров воды с радоном в легкие, например в ванной комнате - там его количество больше в 3 раза, чем на кухне, и больше в 40 раз, чем в комнате.

Искусственные источники радиации. К ним относится атомная энергетика, рентгенологические процедуры.

Воздействие радиационного излучения на живой организм вызывает в нём различные обратимые и необратимые биологические изменения. И эти изменения делятся на две категории - соматические, вызываемые непосредственно у человека, и генетические, возникающие у потомков.

Тяжесть воздействия радиации на человека зависит от того, как происходит это воздействие - сразу или порциями. Большинство органов успевает восстановиться от радиации, поэтому они лучше переносят серию кратковременных доз, чем с той же суммарной дозой облучения, получаемой за один раз. Реакция различных органов на радиацию не одинакова - красный костный мозг и органы кроветворной системы, репродуктивные органы и органы зрения наиболее сильно подвержены воздействию радиации. Также дети сильнее подвержены воздействию радиации, чем взрослые. Большинство органов взрослого человека не так подвержены радиации - это почки, печень, мочевой пузырь, хрящевые ткани.

Первая жертва (по материалам интернета).

Первой известной жертвой радиоактивных минералов стали учёные, посягнувшие на их секреты. Супруги Кюри принесли себя на этот алтарь.

Не имея никакой лаборатории Мария и Пьер, работая в сарае на улице Ломон в Париже, с 1898 по 1902 годы переработали восемь тонн руды урана.

Уже 1898 г. ими было обнаружено, что некоторые урановые минералы, особенно?? смоляная обманка из Богемии, дают значительно более интенсивное излучение сравнительно с обычными солями урана. Они предположили, что в таких минералах содержатся примеси очень активного элемента. Действительно, в результате химического анализа смоляной обманки было обнаружено присутствие в этом минерале неизвестного металла, соседа висмута в периодической системе, который супруги Кюри предложили назвать полонием. В сообщении об этом открытии Парижской академии?впервые фигурирует термин радиоактивность для обозначения излучения.

Однажды вечером 1902 года Мария и Пьер обнаружили, что выделенная ими фракция светится. Спектральный анализ показал, что в спектре присутствуют линии излучения неизвестного до сих пор элемента, который они назвали радием. Им удалось выделить одну сотую грамма нового вещества.

От многолетнего контакта с радиоактивными образцами руки супругов покрылись ранами, что привело к идее использования радия в медицинской практике.

Мария Склодовская-Кюри скончалась в 1934 году от лейкемии -- апластической лучевой анемии. [Апластическая анемия - это комплекс клинических признаков со стороны костного мозга, связанных с угнетением его работоспособности причиной которого может стать действие радиации].

Её смерть является трагическим уроком. Работая с радиоактивными веществами, она не предпринимала никаких мер предосторожности и даже носила на груди ампулу с радием как талисман.

Урановое производство.

В середине ХХ века начался своего рода урановый бум. Огромные силы и средства были брошены на поиски и разведку урановых месторождений. Начала развиваться уранодобывающая и ураноперерабатывающая промышленность. Темпы этой работы намного опережали исследования по технике безопасности в этой отрасли. Возможно, на первых порах вопросам безопасности вообще не уделялось никакого внимания. Это обстоятельство привело к многочисленным жертвам, связанным с радиоактивным облучением.

Приведём лишь один пример.

Чукотский уран

Чаунчукотлаг создан в 1951. Управление Чаунлага размещалось в поселке Певек Магаданской область (ныне Чукотский автономный округ). В оперативном командовании он подчинялся первоначально Главному управлению исправительно-трудовых лагерей Дальстрой. Чаунлаг был основан для разработки промышленного месторождения урана, обнаруженного в 1947 году партией Игоря Рождественского.

Именно здесь добывалось сырье для первых атомных бомб. Управление лагеря находилось в поселке (ныне городе) Певек, его отделения были расположены поблизости. Урановые лагеря Дальстроя обладали зловещей славой, поскольку суровый климат и тяжесть работ дополнялись радиоактивным излучением. Самым страшным из мест урановых разработок, судя по всему, был колымский лагерь Бутугычаг, входивший в систему Чаунлага. За недолгий период существования лагеря рядом с поселком Северный выросло кладбище заключенных и лагерного персонала (среди них есть и детские захоронения). Чаунлаг функционировал всего два года - с 1951 по 1953гг. Добыча урана прекратилась внезапно, и никакого планомерного сворачивания работ не было: после приказа о закрытии разработок прямо в середине рабочего дня, рудники были спешно оставлены, многое из оборудования и инструментов осталось на месте.

Единовременное количество заключенных могло достигать 11 000 человек.

Такие производства в СССР существовали не только на Чукотке. Поэтому о масштабе «урановых» жертв можно лишь догадываться.

О их размахе на нашей планете сегодня позволяют предположительно судить материалы, приводимым в интернете в поиске «Урановые рудники Мира».

Страна Тонн, U3 O8

Казахстан 558 000

Канада 511 000

Южная

Африка 354 000

Намибия 256 000

Бразилия 232 000

Россия 157 000

США 125 000

Узбекистан 125 000

Всего

в мире 3 340 000

Замечание 1. Оценка запасов урана в разных

странах всё время меняется из-за разведки новых

месторождений и из-за отработки старых.

Хиросима и Нагасаки.

Наверное, не будет большой ошибкой утверждать, что все наиболее крупные и значимые открытия и изобретение человечество, в первую очередь, обращало в оружие, направленное на истребление себе подобных.

К сожалению, открытие радиоактивности не стало исключением

Бомбардировка Хиросимы 6 августа 1945 года (по материалам интернета).

Хиросима во время Второй мировой войны

Хиросима располагалась на плоской местности, немного выше уровня моря в устье реки Ота, на 6 островах, соединённых 81 мостом. Население города перед войной составляло свыше 340 тыс. человек, что делало Хиросиму седьмым по величине городом Японии. В городе располагался штаб Пятой дивизии и Второй Основной армии фельдмаршала Сюнроку Хаты, командовавшего защитой всей Южной Японии. Хиросима была важной базой снабжения японской армии.

В Хиросиме (так же как и в Нагасаки) большинство застройки составляли одно- и двухэтажные деревянные здания с черепичными крышами. Фабрики располагались на окраинах города. Устаревшее пожарное оборудование и недостаточный уровень подготовки персонала создавал высокую опасность пожара даже в мирное время.

Население Хиросимы достигло максимума в 380 тысяч человек в ходе войны, но перед бомбардировкой его численность постепенно уменьшалась вследствие систематической эвакуации по приказу японского правительства. На время атаки население составляло около 245 тысяч человек.

Бомбардировка

Хиросима была основной целью первой американской ядерной бомбардировки (запасными были Кокура и Нагасаки).

6 августа в 1:45 американский бомбардировщик B-29 под командованием командира 509-го смешанного авиационного полка полковника Пола Тиббетса, нёсший на борту атомную бомбу «Малыш», взлетел с острова Тиниан, находившегося примерно в 6 часах лета от Хиросимы. Самолёт Тиббетса («Enola Gay») летел в составе соединения, включавшего шесть других самолётов: запасной самолёт («Топ Сикрет»), два контролёра и три разведчика («Джебит III», «Фулл Хаус» и «Стрэйт Флэш»). Командиры самолётов-разведчиков, посланные к Нагасаки и Кокуре, сообщили о значительной облачности над этими городами. Пилот третьего самолёта-разведчика, майор Изерли, выяснил, что небо над Хиросимой чистое, и послал сигнал «Бомбите первую цель».

Около семи часов утра сеть японских радаров раннего предупреждения зафиксировала приближение нескольких американских самолётов, направлявшихся к южной части Японии. Была объявлена воздушная тревога и остановлено радиовещание во многих городах, включая Хиросиму. Примерно в 08:00 оператор радара в Хиросиме определил, что количество приближавшихся самолётов было очень малым - возможно, не более трёх, - и воздушная тревога была отменена. Небольшие группы американских бомбардировщиков, в целях экономии горючего и самолётов, японцы не перехватывали. По радио было передано стандартное сообщение, что будет разумно отправиться в бомбоубежища, если B-29 будут в самом деле замечены, и что ожидается не налёт, а всего лишь какая-то разновидность разведки.

В 08:15 местного времени В-29, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.

Первое публичное сообщение о событии поступило из Вашингтона, через шестнадцать часов после атомной атаки на японский город.

Эффект взрыва

Находившиеся ближе всего к эпицентру взрыва умерли мгновенно, их тела обратились в уголь. Пролетавшие мимо птицы сгорали в воздухе, а сухие, возгорающиеся материалы, такие как бумага, воспламенялись на расстоянии до 2 км от эпицентра. Световое излучение вжигало тёмный рисунок одежды в кожу и оставляло силуэты человеческих тел на стенах. Находившиеся вне домов люди описывали ослепляющую вспышку света, с которой одновременно приходила волна удушающего жара. Взрывная волна, для всех находившихся рядом с эпицентром, следовала почти немедленно, часто сбивая с ног.

Находившиеся в зданиях, как правило, избегали воздействия светового излучения от взрыва, но не взрывной волны - осколки стекла поражали большинство комнат, а все здания, кроме самых прочных, обрушивались. Одного подростка взрывной волной выбросило из его дома через всю улицу, в то время как дом обрушился за его спиной. В течение нескольких минут 90 % людей, находившихся на расстоянии 800 метров и меньше от эпицентра, умерли.

Взрывной волной были выбиты стёкла на расстоянии до 19 км. Для находившихся в зданиях типичной первой реакцией была мысль о прямом попадании авиабомбы.

Многочисленные небольшие пожары, которые одновременно возникли в городе, вскоре объединились в один большой огненный смерч, создавший сильный ветер (скоростью 50--60 км/час) направленный к эпицентру. Огненный смерч захватил свыше 11 кмІ города, убив всех, кто не успел выбраться в течение первых нескольких минут после взрыва.

Несколько дней спустя после взрыва среди выживших медики стали отмечать первые симптомы облучения. Вскоре количество смертей среди выживших снова начало расти, так как пациенты, которые, казалось, начали выздоравливать, начали страдать от этой новой странной болезни. Смерти от лучевой болезни достигли пика через 3-4 недели после взрыва и начали снижаться только через 7-8 недель. Японские медики считали характерные для лучевой болезни рвоту и понос симптомами дизентерии. Долгосрочные эффекты для здоровья, связанные с облучением, такие, как повышенный риск рака, преследовали выживших в течение всей оставшейся жизни, так же, как и психологический шок от пережитого во время взрыва.

Потери и разрушения

Количество погибших от непосредственного воздействия взрыва составило от 70 до 80 тысяч человек. К концу 1945 года в связи с действием радиоактивного заражения и других пост-эффектов взрыва общее количество погибших составило от 90 до 166 тысяч человек. По истечении 5 лет общее количество погибших, с учётом умерших от рака и других долгосрочных воздействий взрыва, могло достичь или даже превысить 200 тысяч человек.

По официальным японским данным на 31 марта 2013, в живых числилось 201 779 «хибакуся» - людей, пострадавших от воздействия атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Это число включает в себя детей, родившихся у женщин, подвергшихся воздействию радиации от взрывов (преимущественно проживавших на момент подсчёта данных в Японии). Из них 1 %, по данным правительства Японии, имели серьёзные онкологические заболевания, вызванные радиационным облучением после бомбардировок. Количество умерших по состоянию на 31 августа 2013 составляет порядка 450 тысяч: 286 818 в Хиросиме и 162 083 в Нагасаки..

Радиоактивное загрязнение

Понятия «радиоактивное загрязнение» в те годы ещё не существовало, и потому этот вопрос тогда даже не поднимался. Люди продолжили жить и отстраивать разрушенные постройки там же, где они были раньше. Даже высокую смертность населения в последующие годы, а также болезни и генетические отклонения у детей, родившихся после бомбардировок, поначалу не связывали с воздействием радиации. Эвакуация населения из заражённых районов не проводилась, так как никто не знал о самом наличии радиоактивного загрязнения.

Дать точную оценку степени этого загрязнения довольно трудно из-за недостатка информации, однако, поскольку в техническом отношении первые атомные бомбы были относительно маломощными и несовершенными (бомба «Малыш», например, содержала 64 кг урана, из которых лишь приблизительно в 700 г происходила реакция деления), уровень загрязнения местности не мог быть значительным, хотя и представлял серьёзную опасность для населения.

Бомбардировка Нагасаки 9 августа 1945 года

Взрыв был произведён в 11:02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила около 21 килотонны.

Эффект взрыва

Бомба взорвалась почти посередине между двумя основными целями в Нагасаки, сталелитейными и орудийными производствами Мицубиси на юге и торпедным заводом Мицубиси-Ураками на севере. Если бы бомба была сброшена дальше к югу, между деловым и жилым районами, то урон был бы намного больше.

В целом, хотя мощность атомного взрыва в Нагасаки была больше, чем в Хиросиме, разрушительный эффект от взрыва оказался меньше. Этому способствовала комбинация факторов - наличие холмов в Нагасаки, а также то, что эпицентр взрыва находился над промзоной - всё это помогло защитить некоторые районы города от последствий взрыва.

Потери и разрушения

Атомный взрыв над Нагасаки затронул район площадью примерно 110 кмІ, из которых 22 приходится на водную поверхность и 84 были заселены только частично.

Согласно отчёту префектуры Нагасаки, «люди и животные погибли почти мгновенно» на расстоянии до 1 км от эпицентра. Почти все дома в радиусе 2 км были разрушены, и сухие, возгорающиеся материалы, такие как бумага, воспламенялись на расстоянии до 3 км от эпицентра. Из 52 000 зданий в Нагасаки 14 000 были разрушены и ещё 5400 серьёзно повреждены. Только 12 % зданий остались неповреждёнными. Хотя в городе не возникло огненного смерча, наблюдались многочисленные локальные пожары.

Количество погибших к концу 1945 года составило от 60 до 80 тысяч человек. По истечении 5 лет, общее количество погибших, с учётом умерших от рака и других долгосрочных воздействий взрыва, могло достичь или даже превысить 140 тысяч человек.

Испытания ядерного оружия (Рис.8.6)

Рис. Основные типы ядерных испытаний: 1. надземные, 2. подземные, 3. в верхних слоях атмосферы, 4. подводные.

Считается, что для разработки нового ядерного оружия испытания - обязательное условие. Без испытаний невозможно разрабатывать новое ядерное оружие. Никакими симуляторами на компьютерах и имитаторами невозможно заменить реальное испытание. Поэтому ограничение испытаний преследует в первую очередь помешать разработке новых ядерных систем тем государствам, которые их уже имеют, и не позволить другим государствам стать обладателями ядерного оружия.

Однако проведение полномасштабного ядерного испытания требуется не всегда. Например, урановая бомба, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, не проходила никаких испытаний. «Пушечная схема» подрыва уранового заряда была настолько надежной, что испытаний не потребовалось. 16 июля 1945 года США испытывали в Неваде только бомбу имплозивного типа с плутонием в качестве заряда, подобную той, что была сброшена на Нагасаки 9 августа 1945 года, потому что это более сложное устройство и были сомнения в надёжности данной схемы. Например, ядерное оружие ЮАР тоже имело пушечную систему подрыва заряда, и 6 ядерных зарядов поступили в арсенал ЮАР без каких-либо испытаний.

История

· Первое ядерное испытание было проведено Соединёнными Штатами 16 июля 1945 года в штате Нью-Мексико, заряд был приблизительно эквивалентен 20 килотоннам в тротиловом эквиваленте.

· Первое ядерное испытание в СССР было проведено 29 августа 1949 года.

· Первое термоядерное устройство было испытано также США на атолле Эниветок (Маршалловы острова) 1 ноября 1952 года (Ivy Mike, 10,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте).

· Первая водородная бомба была испытана в СССР 12 августа 1953 года (около 0,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте).

В качестве жеста доброй воли некоторые ядерные державы объявляют моратории на проведение испытаний и ожидают, что к мораторию присоединятся другие обладатели ядерного оружия. Например, в период с 1958 по 1961 году ядерные испытания не проводили ни США, ни Великобритания, ни СССР, только Франция.

Самым крупным термоядерным зарядом за всё время испытаний стала советская «Царь-бомба» (58 мегатонн), испытанная на половину своей мощности - 58 мегатонн, взорванная на площадке Сухой Нос, на полигоне на Новой Земле 30 октября 1961 года.

В 1963 году все ядерные и многие безъядерные государства подписали Договор об ограничении ядерных испытаний в трех средах, по которому обязались воздерживаться от ядерных взрывов в атмосфере, под водой и в космическом пространстве. Разрешались подземные испытания

Тем не менее, Франция продолжала наземные испытания вплоть до 1974 года, а Китай - до 1980 года.

22 сентября 1979 года было зафиксировано проведение ядерного испытания в районе острова Буве (Южная Атлантика). Ни одна страна ответственности за этот взрыв не взяла. Предполагается, что этот взрыв, а также последовавший в 1981 году аналогичный без объявления были произведены ЮАР по собственному или совместному с Израилем проектам испытания ядерного оружия.

С лета 1985 года СССР, после начала политики Перестройки, объявил односторонний мораторий на проведение ядерных испытаний.

В 1996 году был подписан Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Страны, ратифицировавшие Договор, обязались не возобновлять испытаний ядерного оружия.

Последние (уже подземные) ядерные испытания были проведены:

· СССР - в 1990 году,

· Великобританией - в 1991 году,

· США - 23 сентября 1992 года,

· Францией - в января 1996 года,

· Китаем - в июле 1996 года.

Несмотря на действие запрета на проведение испытаний и строгий контроль за его соблюдением, ни одна из стран ядерного клуба не отказывается от совершенствования своего арсенала. Ядерная боеголовка сама по себе состоит из множества неядерных систем, которые можно испытать без проведения ядерного взрыва, заменив делящийся материал муляжом. Для испытания же самого ядерного заряда проводятся такие тесты, которые не подпадают под договорный запрет. Такие испытания проводятся в специальных лабораториях, например ведущими в этой области в США являются Лос-Аламосская национальная лаборатория и Ливерморская национальная лаборатория.

Воздействие на радиационные поля.

Радиационные поля Земли особенно сильно деформировались в период гонки ядерного вооружения и связанными с ней испытаниями на специальных полигонах. О масштабах таких деформаций даёт представление рис.8.7. На нём чётко просматривается приуроченность сильных аномалий к известному ядерному полигону на севере Новой Земли. Комментарии, как говорится, здесь излишни.

Рис. Распределение гамма-излучения в донных осадках.

Изолинии стандартных отклонений от среднего.

(По материалам НИС «Академик Карпинский»,1991).

Новая Земля, к сожалению, не единственный полигон такого рода. Есть еще Семипалатинский, штат Невада, атоллы Тихого океана, наконец, есть множество АЭС и ядерных подлодок. То, что мы видим на рис.1 не должно создавать иллюзию некоторой хотя и региональной, но будто бы ограниченной радиационной заражённости. На самом деле она гораздо мощнее.

Об этом свидетельствует хотя бы рис.8.8. Он показывает, что помимо «ударного» рассеяния радионуклидов при их выбросе в слой жизни существуют ещё другие не явные механизмы передачи радиационного загрязнения от источников-генераторов. Этот факт иллюстрирует существование и функционирование тех цепочек природных связей, наличие которых декларировано вторым законом экологии - все должно куда-то деваться.

Масштабы действия таких механизмов можно отнести к категории планетарных. Об этом свидетельствуют, в частности, и результаты наблюдений за содержанием трития, инъецированного в огромном количестве в атмосферу при испытании первой водородной бомбы. На основании этих данных удалось построить водный баланс не только для территории США, но и для всего северного полушария. Вот вам подлинное воздействие только одного взрыва - сильной, но, по существу, точечной инъекции.

Рис. Распределение 137Cs (Бк/кг) в оленях Канады

Беккерель (Бк) - один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида. Радионуклид - радиоактивные ядра. 137Cs (цезий-137). Изотоп цезия. Период полураспада 33 года. Тритий (3Н или Т) - радиоактивный изотоп водорода с мягким - излучением. Период полураспада - 12,262 года

Чернобыль и Фукусима (по материалам интернета)

Чернобыльская катастрофа.

26 апреля 1986 года произошло разрушение четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции (Украина). Реактор был полностью разрушен взрывом. В окружающую среду выброшено большое количество радиоактивных веществ. 

Авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу.

В течение первых трёх месяцев после аварии погиб 31 человек. Отдалённые последствия облучения, выявленные за последующие 15 лет, стали причиной гибели от 60 до 80 человек. 134 человека перенесли лучевую болезнь той или иной степени тяжести, более 115 тыс. человек из 30-километровой зоны эвакуированы. Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы, более 600 тыс. человек участвовали в ликвидации последствий аварии.

В отличие от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, авария расценивалась как взрыв очень мощной «грязную бомбу». Основным поражающим фактором стало радиоактивное заражение.

Облако, образовавшееся от горящего реактора, разнесло различные радиоактивные материалы, и прежде всего радионуклиды йода и цезия, по знаительной части территории Европы. Наибольшие выпадения отмечались на значительных территориях в Советском Союзе, расположенных вблизи реактора и относящихся теперь к территориям Белоруссии, Российской Федерации и Украины.

Подход к интерпретации фактов и обстоятельств аварии менялся с течением времени, и полностью единого мнения нет до сих пор.

Авария

Взрыв полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось, при этом погибли два человека.

В различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились, смесь из расплавленного металла, песка, бетона и фрагментов топлива растеклась по подреакторным помещениям. Произошёл выброс в окружающую среду радиоактивных веществ (изотопов урана, плутония, йода-131(период полураспада - 8 дней), цезия-134 (период полураспада - 2 года), цезия-137 (период полураспада - 30 лет), стронция-90 (период полураспада - 28 лет)).

В документах, рассматривающих причины аварии, принято говорить не о причинах, а о факторах, способствовавших развитию аварии. Характерная формулировка, например, звучит так:

«Достоверно не известно, с чего начался скачок мощности, приведший к разрушению реактора Чернобыльской АЭС. Определённая положительная реактивность, по-видимому, была внесена в результате роста паросодержания при падении расхода теплоносителя. Внесение дополнительной положительной реактивности в результате погружения полностью выведенных стержней СУЗ в ходе испытаний явилось, вероятно, решающим приведшим к аварии фактором».

Единой версии причин аварии, с которой было бы согласно всё экспертное сообщество специалистов в области реакторной физики и техники, не существует. Обстоятельства расследования аварии были таковы, что (и тогда, и теперь) судить о её причинах и следствиях приходится специалистам, чьи организации прямо или косвенно несут часть ответственности за неё. В этой ситуации радикальное расхождение во мнениях вполне естественно. Также вполне естественно, что в этих условиях помимо признанных «авторитетных» версий появилось множество маргинальных, основанных больше на домыслах, нежели на фактах.

В первые часы после аварии, многие, по-видимому, не осознавали, насколько сильно повреждён реактор, поэтому было принято ошибочное решение обеспечить подачу воды в активную зону реактора для её охлаждения. Для этого требовалось вести работы в зонах с высокой радиацией. Эти усилия оказались бесполезны, так как и трубопроводы, и сама активная зона были разрушены. Другие действия персонала станции, такие как тушение очагов пожаров в помещениях станции, меры, направленные на предотвращение возможного взрыва, напротив, были необходимыми. Возможно, они предотвратили ещё более серьёзные последствия. При выполнении этих работ многие сотрудники станции получили большие дозы радиации, а некоторые даже смертельные.

Правовые последствия.

Мировой атомной энергетике в результате Чернобыльской аварии был нанесён серьёзный удар. С 1986 до 2002 года в странах Северной Америки и Западной Европы не было построено ни одной новой АЭС, что связано как с давлением общественного мнения, так и с тем, что возросли страховые взносы и уменьшилась рентабельность ядерной энергетики.

В СССР было законсервировано или прекращено строительство и проектирование 10 новых АЭС, заморожено строительство десятков новых энергоблоков на действующих АЭС в разных областях и республиках.

В законодательстве СССР, а затем и России была закреплена ответственность лиц, намеренно скрывающих или не доводящих до населения последствия экологических катастроф, техногенных аварий. Информация, относящаяся к экологической безопасности мест, ныне не может быть классифицирована как секретная.

Долговременные последствия.

В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн. га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения, уничтожены и захоронены (закопаны тяжёлой техникой) сотни мелких населённых пунктов.

Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180--190 т ядерного топлива (диоксида урана). Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы - различные радиоактивные изотопы, накопившиеся во время работы реактора. Именно они представляют наибольшую радиационную опасность. Большая их часть осталась внутри реактора.

Загрязнению подверглось более 200 тыс. кмІ, примерно 70 % - на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли. Благородные газы рассеялись в атмосфере и не вносили вклада в загрязнение прилегающих к станции регионов. Загрязнение было очень неравномерным, оно зависело от направления ветра в первые дни после аварии. Наиболее сильно пострадали области, находящиеся в непосредственной близости от ЧАЭС: северные районы Киевской и Житомирской областей Украины, Гомельская область Белоруссии и Брянская область России. Радиация задела даже некоторые значительно удалённые от места аварии регионы, например Ленинградскую область, Мордовию и Чувашию - там выпали радиоактивные осадки. Большая часть стронция и плутония выпала в пределах 100 км от станции, так как они содержались в основном в более крупных частицах. Иод и цезий распространились на более широкую территорию.

Загрязнение не ограничилось 30-километровой зоной. Было отмечено повышенное содержание цезия-137 в лишайнике и мясе оленей в арктических областях России, Норвегии, Финляндии и Швеции.

18 июля 1988 года на территории Белоруссии, подвергшейся загрязнению, был создан радиационно-экологический заповедник. Наблюдения показали, что количество мутаций у растений и животных хотя и выросло, но незначительно, и природа успешно справляется с их последствиями. С другой стороны, снятие антропогенного воздействия положительно сказалось на экосистеме заповедника, и влияние этого фактора значительно превысило негативные последствия радиации. В результате природа стала восстанавливаться быстрыми темпами, выросли популяции животных, увеличилось многообразие видов растительности.

Влияние аварии на здоровье людей.

Несвоевременность, неполнота и противоречивость официальной информации о катастрофе породили множество независимых интерпретаций. Иногда жертвами трагедии считают не только граждан, умерших сразу после аварии, но и жителей прилегающих областей, которые вышли на первомайскую демонстрацию, не зная об аварии. При таком подсчёте, чернобыльская катастрофа значительно превосходит атомную бомбардировку Хиросимы по числу пострадавших.

Гринпис и Международная организация «Врачи против ядерной войны» утверждают, что в результате аварии только среди ликвидаторов умерли десятки тысяч человек, в Европе зафиксировано 10 тыс. случаев уродств у новорождённых, 10 тыс. случаев рака щитовидной железы и ожидается ещё 50 тысяч.

Учитывая большое число людей, живущих в областях, пострадавших от радиоактивных загрязнений, даже небольшие отличия в оценке риска заболевания могут привести к большой разнице в оценке ожидаемого количества заболевших. Гринпис и ряд других общественных организаций настаивают на необходимости учитывать влияние аварии на здоровье населения и в других странах. Ещё более низкие дозы облучения затрудняют получение статистически достоверных результатов и делают такие оценки неточными.

Фукусима.

11 марта 2011 года в результате сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами на АЭС Фукусима-1 произошла крупнейшая радиационная авария.

Землетрясение и удар цунами вывели из строя внешние средства электроснабжения и резервные дизельные генераторы, что явилось причиной неработоспособности всех систем нормального и аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии.

Без достаточного охлаждения во всех трёх работавших до аварийной остановки энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и стало повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке № 1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар сбрасывали в гермооболочку, в которой давление возросло до 8,4 атм. (840 кПа), при расчётном значении в 4 атм. (400 кПа). Чтобы гермооболочка не разрушилась, пар пришлось сбрасывать в атмосферу. Давление в гермооболочке удалось сбросить, однако при этом в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой оболочки тепловыделяющих элементов.

...