4.1.2 Поражающие факторы ядерного взрыва.

Поражающих факторов ядерного взрыва пять, из них важнейшим определяющим характер и размеры очага ядерного поражения является ударная волна ядерного взрыва. Кроме ударной волны на объекты и людей воздействуют «проникающая радиация»¹; «световое излучение»; «радиоактивное заражение местности» и «электромагнитный импульс» (ЭМИ).

Ударная волна ядерного взрыва.

Что же это такое ударная волна ядерного взрыва – это сжатая область среды, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница этой волны называется фронтом.

В воздухе эта ударная волна называется воздушной ударной волной, в грунте сейсмовзрывной волной, в воде – простой ударной волной. Таким образом, подобие воздушной ударной волны ЯВ сейсмической волне говорит ещё раз о том, что это не перемещение среды, например, воздуха или гранита, а перемещение зоны сжатия среды.^** В отличие от сейсмовзрывной волны воздушная ударная волна характеризуется ещё и скоростным напором P_ск.

Главная же характеристика воздушной ударной волны – это избыточное давление в её фронте (передней границе) - P_ф, являющееся разницей между давлением во фронте ударной волны P_ф и атмосферным давлением: P_ф = P_ф- P_а.

Измеряется избыточное давление во фронте ударной волны в Паскалях, 100000 Па = 100 кПа = 1 кгс/см². Величина P_ф в зависимости от мощности ядерного боеприпаса и вида взрыва приведена в табл. 4.1.

Кроме того ударная волна характеризуется временем действия , см. рис. 4.5.

Практически одновременно с прохождением ударной волны происходит перемещение воздуха, вызванное этой ударной волной. При этом в фазе сжатия воздух движется от центра ядерного взрыва, а в фазе разряжения – к центру, т.е. в целом не перемещается в пространстве дополнительно существовавшему перемещению до подхода ударной волны.

Скоростной напор зависит от плотности воздуха, скорости воздушных масс и главным образом от избыточного давления во фронте ударной волны.

Рис.4.5. Изменение давления в фиксированной точке на местности в зависимости от времени и действия ударной волны на местные предметы:

1 – фронт ударной волны; 2 – кривая изменения давления.

Разрушительное (метательное) действие скоростного напора сказывается в местах, где P_ф  50 кПа, а скорость перемещения воздуха U_в > 100 м/с. Действие скоростного напора необходимо учитывать при оценке устойчивости высоких малогабаритных в плоскости поперечного сечения объектов: заводских труб, мачт высоковольтных линий электроснабжения, телебашен, мачт сотовой связи и т.д.

Необходимо учитывать, что при встрече серьёзного прочного препятствия, например, большого здания с прочными ограждающими конструкциями, её воздействие на эти конструкции будет определяться суммой падающих и отражённых волн в идеале (стена бесконечна по ширине и высоте и абсолютно жёсткая). Это воздействие может в 8 раз превышать давление во фронте ударной волны.

На действие ударной волны влияет погода, рельеф местности, залесённость, но это влияние трудно поддаётся оценке и, как правило, не учитывается, впрочем воздействие воздушной ударной волны на малоразмерные объекты, расположенные в сплошном лесу можно учесть P_ф воздушной ударной волны (ВУВ) там будет на 10-15 % больше.

Световое излучение ядерного взрыва.

Световое излучение ядерного взрыва (ЯВ) представляет собой электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра.

Источником светового излучения является светящаяся область (огненный шар либо полусфера), состоящая из раскалённых продуктов взрыва и воздуха. Из этой области излучается огромное количество энергии за короткое время, в результате чего происходит воспаление или обугливание различных материалов, ожоги или обугливание живых тканей. При взрыве ядерных и термоядерных боеприпасов на долю светового излучения обычно приходится 30-40 % всей энергии взрыва.

Воздействие светового излучения на различные объекты и материалы зависит от величины светового импульса, измеряемого в Дж/м² ( ) и мощности взорванного боеприпаса, чем мощнее боеприпас, тем больший импульс требуется для возгорания различных материалов (см. Приложение). Это связано с тем, что при больших мощностях боеприпасов одинаковый по величине световой импульс достигается при меньшей его интенсивности по сравнению со световым импульсом от ЯВ меньшей мощности, т.к. время свечения у ЯВ большей мощности больше.

Время свечения в секундах равно , где Q – мощность ядерного боеприпаса в кт.

Если земная поверхность хорошо отражает свет, то суммарный световой импульс может быть больше прямого в 1,5-2 раза (снежный покров, асфальт, бетон и др.).

Проникающая радиация.

Проникающая радиация представляет собой нейтронный поток, гамма и жёсткое рентгеновское излучения, исходящие из зоны ядерного взрыва в течение ограниченного времени, до 15-25 с с момента взрыва.

Основным параметром, характеризующим поражающее действие проникающей радиации, является доза излучения (Д). Доза излучения – это такое количество энергии, поглощённой единицей массы облучаемой среды. Различают дозу излучения в воздухе (экспозиционную дозу) и поглощённую дозу.

В системе СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на кг. Поскольку экспозиционная доза определяет потенциальную опасность воздействия ионизирующей радиации при общем равномерном облучении человека, она определяется для воздушного пространства, 1 Кл/кг (имеется в виду кг воздуха). Все более привыкли к внесистемной единице определения экспозиционной дозы – рентгену (Р).

Один рентген (1 Р) – это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая создаёт в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0ºC и давлении 10⁵ Па 2,1×10⁹ пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака (2,1 миллиарда пар ионов в 1 см³ воздуха!)

1P = 2,58 × 10⁴ Кл/кг; 1 Кл/кг = 3876 P,

т.е. в килограмме воздуха образуется пар ионов (8,14 триллионов пар ионов).

Поглощённая доза более точно определяет воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани организма, имеющие различный атомный состав и плотность.

Единицей поглощённой дозы в системе СИ является грей (Гр). Один грей – это такая поглощённая доза, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж), т.е. .

Внесистемная единица поглощённой дозы – или .

Этими единицами поглощённой дозы можно пользоваться для измерения любого вида излучений в любой среде.

В связи с тем, что различные виды излучений обладают различной биологической эффективностью (при одинаковых затратах энергии происходит различное воздействие на биологические объекты), например, поток нейтронов оказывает большее воздействие на людей и животных, чем гамма-излучение, введено понятие биологической дозы. Единица биологической дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр – это доза любого вида излучения, действие которой на ткани живого организма эквивалентно действию 1 Р гамма-излучения.

В ходе цепной реакции ядерного взрыва кроме нейтронов, гамма- и рентгеновского излучения из зоны ядерного взрыва выделяется огромное количество α и β частиц, которые имеют электрические заряды и расходуют свою энергию на ионизацию воздуха и до земли не долетают, их воздействие на организм человека и животных имеет существенное значение при радиоактивном заражении местности.

Рассмотрим составляющие ионизирующих излучений:

1. Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях.

Избыточные давления Pф, кПа	10	Расстояние до центра (эпицентра) взрыва, км	3,2/ 3	4,5/ 4,2	6,5/ 5,2	7,9/ 6,4	9,1/ 7,3	14,3/11,2
	15		2,6/ 2,3	3,5/ 3,1	4,4/ 3,9	5,5/ 4,9	6,35/5,65	9,5/ 8,4
	20		2/ 1,9	2,7/ 2,6	3,8/ 3,2	4,4/ 3,8	4,95/4,4	7,5/ 7
	30		1,5/ 1,5	2/ 2	2,6/ 2,5	2,9/ 3	3,35/3,6	5/ 5,4
	40		1,1/ 1,2	1,4/ 1,5	2,1/ 2,2	2,5/ 2,6	2,8/ 2,93	4,3/ 4,5
	50		1/ 1,1	1,3/ 1,4	1,7/ 1,9	1,9/ 2,2	2,27/2,55	3,6/ 4
	60		0,9/ 1	1,2/ 1,3	1,6/ 1,7	1,8/ 2	2,07/2,3	3,3/ 3,6
	70		0,85/0,97	1,1/ 1,25	1,4/ 1,5	1,6/ 1,8	1,85/2,1	3/ 3,5
	80		0,8/ 0,9	1/ 1,2	1,3/ 1,4	1,5/ 1,7	1,67/1,93	2,7/ 3,4
	90		0,7/ 0,8	0,9/ 1,1	1,2/ 1,3	1,4/ 1,6	1,57/1,83	2,4/ 3
	100		0,6/ 0,7	0,8/ 1	1/ 1,2	1,2/ 1,5	1,37/1,7	2,2/ 2,9
	150		0,45/0,62	0,61/0,84	0,77/1,05	0,97/1,35	1,1/ 1,5	1,7/ 2,3
	200		0,4/ 0,54	0,54/0,75	0,68/0,92	0,86/1,15	0,98/1,35	1,5/ 2
	250		0,35/0,49	0,47/0,66	0,59/0,83	0,74/1,05	0,85/1,2	1,3/ 1,8
	500		0,24/0,37	0,32/0,5	0,4/ 0,62	0,51/0,79	0,58/0,9	0,9/ 1,35
	1000		0,18/0,27	0,25/0,37	0,32/0,46	0,4/ 0,58	0,46/0,67	0,7/ 1
	2000		0,15/0,21	0,2/ 0,28	0,23/0,36	0,32/0,45	0,36/0,52	0,5/ 0,77
Мощность боеприпаса, кт			20	50	100	200	300	1000

По своей природе гамма-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией при меньшей длине волны, испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света (300000 км/с). Гамма-кванты не имеют электрического заряда, поэтому ионизирующая способность гамма-излучения значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более чем у альфа-частиц (в сотни раз, чем у бета-частиц и в десятки тысяч, чем у альфа-частиц). Зато гамма-излучение (как и рентгеновское) обладает наибольше проникающей способностью и является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений.

2. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов. Скорость нейтронов может достигать 20000 км/с. Так как нейтроны не имеют заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими (вспомним, какую роль играют нейтроны при инициировании цепной реакции ядерного взрыва).

Сущность ионизации заключается в том, что под воздействием радиоактивных излучений электрически нейтральные в обычных условиях атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженных частиц ионов. Ионизация вещества сопровождается изменением его основных физико-химических свойств биологической ткани, что приводит к устранению её жизнедеятельности. Следствием этого становится гибель либо болезнь живых организмов.

Болезни человека и животных, вызванные ионизирующими излучениями, называются лучевой болезнью. Характеристика лучевой болезни человека в зависимости от поглощённой дозы приведена в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Характер лучевой болезни

Степень лучевой болезни	Поглощённая доза излучений, Рад	Развитие болезни			Исход болезни
		первичная реакция	скрытый период	разгар болезни
1	2	3	4	5	6
Лёгкая	100-200	Продолжительность 1…2 дня. Слабость, головная боль, тошнота, может быть рвота	Продолжительность 2…5 недель. Состояние вполне удовлетворительное	Состояние удовлетворительно. Слабость, головная боль, снижение аппетита, тошнота, утомляемость, головокружение	Выздоровление через 1…2 мес., полное восстановление крови через 2…4 мес. Без смертельных случаев
Средняя	200-300	Продолжительность 2…3 дня. Через 2…3 ч после облучения тошнота и рвота в течение 2…3 часов, слабость, головная боль, головокружение, снижение аппетита, расстройство желудка, эмоциональное возбуждение, переходящее в депрессию	Продолжительность 2…3 недели. Состояние удовлетворительное, но отмечаются слабость, нарушение сна	Продолжительность 2…3 недели. Выраженная общая слабость, головная боль, головокружение, бессонница, повышение температуры до 38º, кожные кровоизлияния, кровоточивость дёсен, инфекционные осложнения	Выздоровление через 2…3 мес., полное восстановление крови через 3…5 мес. В результате осложнений смертность до 20 %
Тяжёлая	300-600	Продолжительность 2…4 дня. Через 10…60 мин многократная неукротимая рвота в течение 4-8 ч, резкая слабость, головокружение, жажда, потеря аппетита, расстройство желудка, потливость, повышение температуры до 39º	Продолжительность 2…10 сут. Отмечаются слабость, снижение аппетита, нарушение сна, головные боли и т.д.	Продолжительность 2…3 недели. Общее состояние тяжёлое, резкая слабость, озноб, повышение температуры до 40º, отказ от пищи, кровотечения, истощение и исхудание, инфекционно-септические осложнения	Выздоровление возможно при своевременном лечении через 5…10 мес. В тяжёлых случаях смерть наступает через 10…36 сут, смертность до 50 %
Крайне тяжёлая	Более 600	Через 10…15 мин неукротимая рвота в течение более 6 ч, затмение сознания, понос, температура 39º	Отсутствует	Состояние тяжёлое, сознание затемнённое, лихорадка, рвота, понос, боли в животе, непроходимость кишечника с явлениями перитонита, резкое нарушение водно-солевого обмена	Смерть у 100 % поражённых через 5…10 сут

Следует особо отметить, что в этой таблице приведено состояние облучённых во времени в зависимости от «однократной дозы облучения», т.е. внешнее облучение имело место за время не более 4 суток (96 часов).

Второе, что нужно учесть, характеристики лучевой болезни приведены для случая, когда люди не принимали заблаговременно противорадиационных препаратов.

Кроме того, оценивая воздействие ионизирующих излучений на людей, необходимо учитывать, что человеческий организм способен восстанавливать до 90 % радиационных поражений, при этом процесс восстановления начинается через четверо суток от начала первого облучения. Значение остаточной дозы излучения (облучения) зависит от времени, прошедшего после облучения:

Время после облучения в неделях	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Остаточная доза излучения в %	90	75	60	50	42	35	30	25	20	17	15	11	11	10

Как видим, до 50 % полученной дозы организм компенсирует восстановительными процессами за 4 недели (28-30 суток), а 10 % наносят организму непоправимый вред.

В табл. 4.3. приведены данные выхода людей из строя в зависимости от величины и времени получения дозы радиации при внешнем облучении. Так, например, при получении однократной дозы ( за время 4 суток) в 150 Р радиационные потери составят 15 % от общего числа облучённых, при получении такой же дозы за 10 суток – 7 %, за 20 суток – 5 %, если же люди получат такую же дозу облучения за месяц, радиационных потерь может практически не быть.¹

Таблица 4.3. Выход людей из строя при внешнем облучении

Суммарная доза радиации, Р	Процент радиационных потерь за время облучения, сут
	4	10	20	30
100	0	0	0	0
125	5	2	0	0
150	15	7	5	0
175	30	20	10	5
200	50	30	20	10
225	70	50	35	25
250	85	65	50	35
275	95	80	65	50
300	100	95	80	65
325	100	98	90	80
350	100	100	95	90
400	100	100	100	95
500	100	100	100	100

Нейтронное излучение вследствие этого оказывает очень сильное поражающее действие при внешнем облучении даже на людей, находящихся в бронеобъектах (бронетранспортёрах, тоннах и т.д.).

Именно для поражения людей в бронеобъектах на поле боя были разработаны нейтронные ядерные боеприпасы («нейтронные бомбы»).

В нейтронном боеприпасе (мощность не более 10 кт) основная доля энергии в виде нейтронного потока выделяются в результате реакции синтеза дейтерия и трития, т.е. нейтронный боеприпас – это, по сути, термоядерный боеприпас с повышенным выходом энергии в виде потока нейтронов.

В табл. 4.4 приведено распределение энергии взрыва по поражающим факторам для нейтронного боеприпаса с соотношением энергии основного и инициирующего зарядов 50:50. При идеальной реакции синтеза до 70 % энергии может выделяться в виде нейтронного потока и лишь 20 % в виде ударной волны, теплового, светового излучения и электромагнитного импульса.

Таблица 4.4. Распределение энергии по поражающим факторам в %.

Поражающие факторы	Нейтронный боеприпас	Ядерный боеприпас деления
Ударная волна	40	50
Световое излучение	25	35
Проникающая радиация	30	4
Радиоактивное заражение	5	10
Электромагнитный импульс	Близко к 0	1

Усреднённые данные по дозе проникающей радиации в рентгенах (суммарно для нейтронного потока и гамма-излучения) в зависимости от мощности боеприпаса и расстояния до центра взрыва (взрыв наземный) приведена в таблице 4.5.

Эти данные позволяют оперативно оценить влияние проникающей радиации на открыто расположенную и укрытую в различных защитных сооружениях живую силу (людей).

Следует отметить, что в обычных ядерных боеприпасах малой и особенно сверхмалой мощности процент выхода энергии в виде проникающей радиации очень высок.

Кроме того следует отметить, что нейтронные боеприпасы при их внезапном применении (люди не успевают укрыться в убежищах и противорадиационных укрытиях, ПРУ) могут использоваться для уничтожения рабочих и служащих важных в экономическом и военном отношении объектов экономики при сравнительно слабом разрушении инженерно-технического комплекса (ИТК) этих объектов.

В табл. 4.6. приведена зависимость доз излучения при воздушном взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 кт в зависимости от расстояния до эпицентра взрыва раздельно гамма-излучению, нейтронному потоку и суммарно.

	50000	Расстояние до центра взрыва, км	―	―	―	0,1	0,3	0,4	0,6	0,7	0,9	1	1,1	1,3	1,6	1,65	2	2,2
	10000		0,1	0,15	0,2	0,3	0,45	0,55	0,75	0,85	1	1,15	1,35	1,45	1,65	1,8	2,2	2,4
	5000		0,2	0,25	0,3	0,45	0,6	0,75	1	1,1	1,15	1,35	1,5	1,6	1,9	2,1	2,4	2,6
	2000		0,4	0,45	0,55	0,6	0,95	1	1,15	1,25	1,4	1,6	1,75	1,95	2,15	2,3	2,6	2,9
	1000		0,66	0,73	0,8	0,88	1,05	1,15	1,2	1,35	1,55	1,75	1,85	2	2,25	2,5	2,8	3,1
	500		0,76	0,85	0,9	1	1,15	1,3	1,4	1,5	1,7	1,85	2	2,2	2,4	2,7	3,1	3,25
	300		083	0,85	1	1,1	1,25	1,	1,5	1,6	1,8	2	2,2	2,3	2,55	2,8	3,2	3,4
	200		0,9	1	1,05	1,2	1,35	1,45	1,6	1,7	1,9	2,1	2,3	2,4	2,65	2,95	3,3	3,55
	100		1	1,15	1,2	1,3	1,5	1,6	1,75	1,8	2,1	2,3	2,5	2,6	2,8	3,15	3,5	3,75
	50		1,1	1,3	1,4	1,5	1,65	1,85	1,95	2,05	2,25	2,5	2,6	2,75	3	3,25	3,65	3,95
	30		1,25	1,4	1,5	1,6	1,75	1,95	2	2,2	2,4	2,6	2,7	2,9	3,1	3,45	3,85	4,05
	20		1,3	1,46	1,55	1,7	1,85	2	2,2	2,3	2,5	2,7	2,8	3	3,25	3,6	4	4,15
	10		1,45	1,6	1,65	1,8	2,05	2,3	2,4	2,5	2,7	3	3,1	3,2	3,45	3,8	4,15	4,35
	5		1,6	1,8	1,85	2	2,2	2,4	2,5	2,6	2,8	3,1	3,2	3,4	3,65	4	4,25	4,5
	0		1,7	1,9	2	2,2	2,3	2,5	2,6	2,7	2,9	3,2	3,3	3,5	3,8	4,2	4,4	4,6
Мощность взрыва, кт			1	2	3	5	10	20	30	50	100	200	300	500	1000	2000	5000	10000

Анализ таблицы показывает, что чем ближе к эпицентру взрыва, тем большая доля энергии приходится на нейтронный поток с увеличением расстояния соотношение меняется на обратное.

Табл. 4.6. Расчётные значения доз излучения при воздушном взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 кт.

Расстояние до центра взрыва в м	Доза излучения, Р
	По гамма-излучению	По нейтронам	Суммарная
300	100000	400000	500000
500	30000	70000	100000
700	5000	10000	15000
1000	800	1200	2000
1200	350	500	850
1500	100	100	200
1800	45	30	75
2000	10	5	15

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20000 км/с. Альфа-частицей называется ядро гелия, состоящее из двух нейтронов и двух протонов. Каждая альфа-частица несёт с собой определённою энергию. Из-за относительно малой скорости и значительного заряда альфа-частицы взаимодействуют с веществом наиболее эффективно, т.е. обладают большой ионизирующей способностью, вследствие чего их проникающая способность незначительна. Лист бумаги полностью задерживает альфа-частицы. Надёжной защитой от альфа-частиц при внешнем облучении является одежда человека.

Бета-излучение представляет собой поток бета-частиц. Бета-частицей называется излученный электрон или позитрон. Бета-частицы в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света. Их заряд меньше, а скорость больше, чем альфа-частицы. Поэтому бета-частицы обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью, чем альфа-частицы. Одежда человека поглощает до 50 % бета-частиц. Следует отметить, что бета-частицы почти полностью поглощаются оконными или автомобильными стёклами и металлическими экранами толщиной в несколько миллиметров.

Поскольку альфа- и бета-излучения обладают малой проникающей, но большой ионизирующей способностью., то они более опасны при попадании внутрь организма или непосредственно на кожу (особенно на глаза).

Радиоактивное заражение.

Радиоактивное заражение – это заражение поверхности земли, водоёмов, различных предметов радиоактивными веществами, выпавшими из облака ядерного взрыва в районе ядерного взрыва и на большие расстояния по направлению среднего ветра.¹

Источником радиоактивного заражения являются: продукты цепной ядерной реакции деления, непрореагировавший ядерный заряд и различные элементы в грунте втянутого в центр взрыва (эффект «атомного гриба») с наведённой радиоактивностью, полученный в результате воздействия на них нейтронного потока проникающей радиации.

Так, при наземном ядерном взрыве мощностью 1 Мт в зону вакуума приблизительно в границах огненного шара вовлекается около 20000 т грунта. Радиоактивное облако достигает максимальной высоты подъёма (32 км) за 10 мин и перемещается ветром.

Радиоактивное заражение как поражающий фактор при наземном ядерном взрыве отличается масштабностью, продолжительностью воздействия, скрытностью поражающего действия и снижением степени воздействия во времени, особенно в первый период.

Радиоактивные вещества, распадаясь, излучают, главным образом, бета-частицы и гамма-кванты, превращаясь в устойчивые (нерадиоактивные) вещества. В отличие от проникающей радиации радиоактивное заражение действует в течение продолжительного времени (несколько суток, недель и т.д.).

Каждый радиоизотоп (радионуклид) распадается со своей скоростью: в единицу времени распадается определённая часть ядер атомов от их общего числа. Для любого количества данного радиоактивного изотопа характера следующая закономерность: половина общего числа ядер атомов распадается всегда за одинаковое время, называемое периодом полураспада (Т). Чем больше Т, тем дольше «живёт» изотоп, создавая ионизирующие излучения. Период полураспада для данного изотопа – величина постоянная. Период полураспада для разных изотопов колеблется в широких пределах. Так, для йода-131 Т = 8, 05 сут, для стронция-81 – 51 сут, стронция-90 – 26 лет, кобальто-60 – 5,3 года, плутония-239 – 24000 лет, урана-235 – 710 млн. лет, тория-232 – 14 млрд. лет.

Наибольшую опасность для людей представляют вещества, у которых период полураспада от нескольких суток до нескольких лет.

Интенсивность ионизирующих излучений зависит от количества радиоактивного вещества. Однако измерить его затруднительно, т. к. радиоактивные изотопы находятся в смеси с другими веществами. Поэтому количество радиоактивного вещества принято оценивать его активностью, т.е. числом радиоактивных распадов ядер атомов в единицу времени.

В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (расп./с) - беккерель (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки). Кюри – это активность такого количества радиоактивного вещества, в котором происходит 37 миллиардов распадов ядер атомов в одну секунду, т.е.

.

Масса вещества, имеющего активность в 1 Ки, составляет например: урана-238 – 3 т, радия – 1 г, кобальта-60 – 0,001 г.

Для измерения малой активности используют производные величины: милликюри ( ).

Активность данного источника ионизирующих излучений – величина непостоянная: она уменьшается со временем за счёт радиоактивного распада. За каждый промежуток времени, равный периоду полураспада Т, количество радиоактивного изотопа уменьшается вдвое: за 1 Т – в 2 раза, за 2 Т – в 4 раза, за 3 Т – в 8 раз и т.д.

Активность радиоактивного вещества, отнесённая к единице поверхности, массы или объёма, называется удельной активностью.

Следует подчеркнуть, что активность непосредственно не характеризует ионизирующего, а значит и поражающего действия излучений. Поражающее действие ионизирующих излучений характеризуется поглощённой дозой излучений.

Вспомним, что в системе СИ поглощённая доза измеряется в греях 1 Гр = 1 Дж/кг – 1 кг облучённого вещества поглощает энергию в 1 Дж. Внесистемная единица поглощённой дозы – рад., 1 рад = 10^-2 Гр.

Для того чтобы выяснить величину вероятной поглощённой дозы, необходимо знать не удельную активность радиоактивных веществ на заражённой территории определяемой в Кюри на квадратный километр (метр, сантиметр) – Ки/км²; Ки/м²; Ки/см², а мощность дозы^* радиоактивного заражения в Р/ч. Характеристику радиоактивного заражения в виде плотности используют обычно в мирное время при оценке радиоактивного загрязнения местности.

При оценочных расчётах можно использовать ориентировочные соотношения между мощностью дозы Р в (Р/ч) и плотностью радиоактивного загрязнения (Ки/м²). Радиоактивное загрязнение с плотностью 1 Ки/м² эквивалентно радиоактивному заражению с мощностью дозы 10 Р/ч.

Что означает мощность дозы в 1 Р/ч будет иметь место на местности с плотностью радиоактивного загрязнения 0,1 Ки/м². Сложным здесь является то, что характер радиоактивных излучений на местности, загрязнённой в результате повреждений на радиоактивно опасном объекте (РОО) вследствие аварии (диверсии, атаке и т.д.), и местности, загрязнённой в результате ядерного взрыва, имеет очень большие различия.

В этой главе будем рассматривать только радиоактивное заражение местности в результате ядерных взрывов.

Масштабы и степень радиоактивного заражения местности зависят от мощности и вида взрыва, метеорологических условий, рельефа местности, типа грунта в районе ядерного взрыва (предположим, что ЯВ произошёл в районе урановых рудников) и характера растительности. Наиболее сильное радиоактивное заражение происходит при наземных и неглубоких подземных взрывах, при воздушных взрывах оно практически отсутствует.

В табл. 4.7 приведена зависимость высоты подъёма радиоактивного облака за 10 мин в зависимости от мощности взрыва, а также радиусы зон радиоактивного заражения с неветряной стороны в районе эпицентра взрыва.

Таблица 4.7. Максимальная высота подъёма облака и радиусы зон заражения с подветренной стороны в зависимости от мощности взрыва.

Мощность взрыва, кт	Максимальная высота подъёма центра облака за 10 мин, км	Радиусы зон заражения в районе эпицентра взрыва, км
		Зона А	Зона Б	Зона В	Зона Г
20	8	0,77	0,47	0,36	0,25
50	10	0,9	0,57	0,45	0,33
100	12	1	0,67	0,56	0,4
200	15	1,12	0,77	0,62	0,48
300	17	1,2	0,87	0,67	0,52
500	19	1,3	0,9	0,74	0,50
1000	22	1,43	1	0,84	0,68
2000	25	1,57	1,13	0,95	0,77
3000	27	1,65	1,2	1	0,85
5000	28	1,76	1,3	1,1	0,91
10000	32	1,91	1,43	1,22	1,0

Часть радиоактивных веществ выпадает на поверхность земли непосредственно в районе взрыва в том числе с подветренной стороны, кроме того в районе взрыва в верхнем слое грунта образуется наведённая радиоактивность в результате действия нейтронного потока проникающей радиации ядерного взрыва.

Основная же масса, подхваченная ветром (вспомните пыльные бури), перемещается на очень большие расстояния, чем мощнее взрыв, тем дальше. Радиоактивные вещества в ножке ядерного гриба (пылевой столб) оседают по направлению среднего ветра, который различен в разных частях этой ножки. Кроме того в этой части ядерного гриба преобладают более крупные частицы, чем в шляпке, поэтому они выпадают сравнительно недалеко от центра ядерного взрыва. См. рис. 4.6 а. Основная масса радиоактивных частиц шляпки радиоактивного гриба перемещается по направлению среднего ветра, всё время увеличиваясь в размерах за счёт того, что в более высоких слоях воздуха его скорость выше и частицы верхних слоёв обгоняют частицы более низких слоёв, а разное направление ветра в разных слоях воздуха делает радиоактивное облако (облака) более широкими. См рис. 3.6 б и в.

Время выпадения радиоактивных частиц (осадков) вблизи центра взрыва происходит всего за несколько минут на больших расстояниях, время выпадения радиоактивных осадков увеличивается, достигая двух и более часов. Чем выше скорость среднего ветра, тем меньше время выпадения радиоактивных осадков. Чтобы представить размеры радиоактивного облака (облаков) на больших расстояниях от центра взрыва проведём небольшой расчёт. Скорость среднего ветра пусть будет 25 км/ч, а время выпадения 1 час. 25 км/ч × 1 час = 25 км, т.е. радиоактивные облака растянутся в пространстве на 25 км.

Степень заражения на следе облака ядерного взрыва неодинакова. Она постепенно уменьшается по мере удаления от центра взрыва и к боковым границам от оси следа. По степени опасности для людей и животных на следе облака выделяют несколько зон радиоактивного заражения. В качестве характеристик зон приняты уровни радиации и дозы радиации, которые может получить человек за время полного распада радиоактивных веществ. Обычно уровни радиации на границах зон приводят к одному времени – на 1ч после взрыва.

Зоны радиоактивного заражения:

Зона умеренного заражения (зона А) – уровень радиации на внешней границе зоны на 1ч после взрыва 8 Р/ч; доза излучений за время полного распада радиоактивных веществ в границах 40-400Р. На долю этой зоны приходится 78-80% площади всего радиоактивного следа. В этой зоне работы в цехах не прекращаются, либо прекращаются на 1-2 часа.

Зона сильного заражения (зона Б) – уровень радиации на внешней границе зоны на 1ч после взрыва 80 Р/ч; доза излучений за время полного распада радиоактивных веществ в границах 400-1200Р. Эта зона занимает 10-12%. В этой зоне работы в цехах прекращаются на срок от нескольких часов до суток.

Зона опасного заражения (зона В) – уровень радиации на внешней границе зоны на 1ч после взрыва 240 Р/ч; доза излучений за время полного распада радиоактивных веществ в границах 1200-4000Р. На долю этой зоны приходится 8-10% площади радиоактивного следа. В этой зоне работы в цехах прекращаются от суток до 3-4 суток.

Зона чрезвычайно опасного заражения (зона Г) – уровень радиации на внешней границе зоны на 1ч после взрыва 800 Р/ч; доза излучений за время полного распада радиоактивных веществ в границах 4000Р, а в середине зоны 10000Р. В этой зоне работы прекращаются на четверо и более суток. Рабочих и служащих на время прекращения работ надо эвакуировать. Операторы непрерывных производств работают в цехах, укрываясь в индивидуальных убежищах(ПРУ), и в случае необходимости безаварийно останавливают оборудование.

Размеры зон радиоактивного заражения зависят от мощности ядерного боеприпаса при наземном ядерном взрыве и скорости ветра приведены в табл. 4.8.

Как мы уже отметили направление и скорость ветра с высотой, как правило, существенно меняются, то для расчетов пользуются скоростью и направлением среднего ветра.

Средний ветер– это средний по направлению и скорости ветер во всем слое атмосферы от поверхности земли до максимальной высоты подъема облака взрыва.

Для определения среднего ветра органы Гидрометеослужбы несколько раз в сутки производят ветровое зондирование атмосферы с помощью шаров-пилотов или радиозондов. Значение среднего ветра получают геометрическим сложением векторов скорости ветра в отдельных слоях атмосферы. Для этого в выбранном масштабе откладывают векторы скорости ветра в каждом слое с учетом его направления; начальную точку и конец последнего вектора соединяют прямой линией и делят ее на число составляющих векторов. Полученный вектор характеризует скорость и направление среднего ветра. См. рис. 4.7.

Скорость среднего ветра измеряется в километрах в час, а направление – в градусах, отсчитываемых по часовой стрелки от направления на север до линии, оттуда дует ветер. Например, при направлении среднего ветра 270^о радиоактивное облако будет перемещаться на восток.

Таблица 4.8. Размеры зон заражения на следе радиоактивного облака наземного ядерного взрыва, км, в зависимости от мощности взрыва и скорости ветра.

Мощность взрыва, кт	Скорость среднего ветра, км/ч	Размеры зон заражения, км
		А		Б		В		Г
		L	B	L	B	L	B	L	B
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
10	10 25 50 75 100	30 43 54 61 65	4.6 5.7 6.4 6.7 6.6	13 17 19 18 17	2.3 2.5 2.5 2.3 2.2	8.5 9.9 9.7 9.2 8.4	1.5 1.5 1.4 1.3 1.3	5 4.9 4.3 4 3.7	0.8 0.8 0.7 0.7 0.6
20	10 25 50 75 100	42 58 74 83 90	5.8 7.2 8.3 8.7 8.9	18 24 27 26 26	2.9 3.3 3.3 3.2 3.1	12 14 14 14 13	2 1.9 1.9 1.8 1.7	6.8 6.6 6.5 5.8 5.7	1.1 1.1 1 0.9 0.9
50	10 25 50 75 100	62 87 111 126 137	7.8 9.9 11 12 13	27 36 43 45 44	4 4.7 4.7 4.7 4.7	18 23 23 23 23	2.8 3.6 3 2.8 2.6	11 12 12 11 9.5	1.7 1.7 1.5 1.4 1.3
100	10 25 50 75 100	83 116 150 175 188	10 12 14 15 16	36 49 60 64 65	5.1 6.1 6.4 6.3 6.3	24 31 35 35 34	3.6 4 3.9 3.8 3.6	15 18 17 17 15	2.2 2.2 2 1.9 1.8
200	25 50 75 100	157 200 233 255	15 18 20 21	67 83 90 94	7.8 8.4 8.4 8.4	43 50 50 50	5.3 5.3 5.3 5	26 26 25 24	2.8 2.7 2.6 2.5
500	25 50 75 100	321 300 346 382	21 25 27 29	100 125 140 149	10 12 12 12	65 78 83 83	7.4 7.7 7.7 7.7	41 42 39 41	4.3 4.3 4 3.8
1000	25 50 75 100	309 402 466 516	26 31 34 36	135 170 192 207	13 15 16 16	89 109 118 122	9.5 10 10 10	55 61 60 58	5.7 5.6 5.6 5.2
2000	50 75 100	538 626 694	39 43 46	231 262 285	19 21 21	149 165 174	13 13 13	88 91 92	7.3 7.5 7.3

Примечание. L – длина зоны заражения; b – максимальная ширина зоны.

На основании многолетних наблюдений составлены атласы данных о вероятных господствующих направлениях среднего ветра в различных районах. На их основе можно заблаговременно составить вероятную картину радиоактивного заражения при заданной мощности взрыва.

При увеличении мощности ядерного взрыва увеличиваются размеры радиоактивного облака, что увеличивает продолжительность выпадения радиоактивных веществ на следе облака.

При воздушном ядерном взрыве пылевой столб имеет значительно меньшие размеры, чем при наземном. В результате в облако попадает меньше пыли, а при высоком воздушном взрыве на высоте H>20[м], где q- мощность боеприпаса в т.( для q=100 кт. H=928) пылевой столб вообще не соединяется с облаком взрыва. Находящиеся же в облаке мелкие частицы радиоактивных продуктов взрыва уносятся ветром на большие расстояния и рассеиваются, не вызывая опасного заражения местности. В районе эпицентра воздушного взрыва возможно сильное радиоактивное заражение в результате наведенной радиоактивности, которое может наблюдаться продолжительное время. Располагая данными о скорости и направлении ветра, можно установить ось следа и время начала радиоактивного заражения на различном удалении от эпицентра взрыва.

Время заражения можно определить ориентировочно по формуле :

t _зар= R/V+ t _вып

где, R- расстояние от центра взрыва, км; V_с.в.- скорость среднего ветра, км/ч; t _вып – время выпадения радиоактивных веществ, ч.

Для каждого отдельного взрыва это достаточно объективно, но целостной картины характера радиоактивного заражения местности не получалось. Тогда было принято компромиссное решение, обеспечившее наглядность и достаточную вариативность вблизи центра ядерного взрыва.

В этом случае для нанесения зон радиоактивного заражения на карту (схему) необходимо знать следующие исходные данные: координаты взрыва, мощность и вид ядерного взрыва, направление и скорость среднего ветра (метеоданные).

Один из вариантов нанесения радиационной обстановки приведен на рис. 4.7.

С иним цветом наносят точку, соответствующую координатам ядерного взрыва (ЯВ), вокруг нее проводят окружность (синим цветом) радиусом размера зоны А [1, с. 17] и делают надпись (синим цветом): мощность и вид взрыва – числитель, время и дату взрыва – знаменатель. Например:

Р ис. 4.7. Вариант нанесения радиационной обстановки

Здесь взрыв мощностью 100 килотонн, наземный (если воздушный, то ставится буква В) произошел в 5 часов такой-то даты "Д".

Внизу схемы (карты) метеоданные наносят черным цветом в квадрате:

5.00 и "Д" – время и дата взрыва; 50 – средняя скорость ветра, км/ч, 270^о – азимут среднего ветра, град.;

12 – максимальная высота подъема облака, км.

Затем карандашом проводят из центра взрыва линию, параллельную направлению ветра, и, используя таблицу 4.8., в масштабе наносят длину и ширину зон радиоактивного заражения. Зона А – синим цветом, зона Б – зеленым, зона В – коричневым и зона Г – черным.

Таблица 4.9.