Ионизирующие излучения при ядерном взрыве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороны

«Основы гражданской защиты в чрезвычайных ситуациях»

ТЕМА 1. Основные характеристики и классификация чрезвычайных ситуаций

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 излучения в ПР не учитываются, ввиду того, что распространяются в воздухе на небольшие расстояния.

Источниками ПР являются:

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

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

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 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.

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.

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.

Допустимые дозы облучения и уровни радиации в 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 Исключая случаи, упомянутые выше 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.

Литература

радиация ядерный взрыв облучение

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

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru