Источники возникновения радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах. Характеристика видов излучения, их поражающее действие

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

(ГОУ ВПО НГМУ Росздрава)

Кафедра «Мобилизационной подготовки

здравоохранения и медицины катастроф»

Учебное пособие

По токсикологии и медицинской защите от радиационных и

Химических поражений

Тема № 15

«Средства и методы радиационной разведки и контроля»

Новосибирск 2007г

Источники возникновения радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах. Характеристика видов излучения, их поражающее действие.

Проникающая радиация представляет собой поток гамма и нейронного излучения. Она образуется в процессе реакций деления и синтеза ядер и присуща всем видам ядерных и термоядерных взрывов. Для боеприпасов малой и сверхмалой мощностей проникающая радиация является основным поражающим фактором…

Проникающей радиации однокилотонного ядерного боеприпаса составляет 860 м, а однокилотонного нейтронного боеприпаса 1700 м, что существенно больше, чем соответствующие им радиусы ударной волны и светового излучения.

Поражающее действие проникающей радиации ядерных боеприпасов в зоне санитарных потерь в основном обусловлено гамма-излучением, а в нейтронных боеприпасах ведущим поражающим фактором является поток нейтронов.

Гамма- излучение представляет собой микроволновый процесс, для которого характерна способность, передавать энергию электромагнитных волн прерывисто в виде фотонов или квантов. Такое излучение не отклоняется, к какому либо полюсу в электромагнитном поле. Каким же образом нейтральное излучение ионизирует среду?

Процесс ионизации атомов и молекул под влиянием гамма- квантов подтверждает открытие, сделанное в самом начале ХХ века В. Планком и А. Эйнштейном: энергия может переходить в вещество частиц, а частицы в энергию.

Гамма-квант, обладающий большой энергией проникает в вещество атомов и молекул, вызывает смещение электронов с внешних орбиталей на внутренние и превращается в пару частиц-электрон и позитрон. Последний быстро теряет скорость и соединяется со своим электроном. В результате пара частиц преобразуется в два гамма-кванта с уменьшенной энергией. Такое явление исчезновения массы частиц называется аннигиляцией. Гамма-кванты со средним запасом энергии способны отрывать электроны с внешних орбиталей. Образующиеся при этом вторичные электроны обладают большим запасом скорости и вызывают ионизацию среды. Гамма-кванты с ослабленной энергией поглощаются электронами атомов, что сопровождается эффектом свечения (Ю.М. Штуккенберг. 1968).

Чем больше атомная масса вещества, внутрь которого проникает гамма-излучение, тем оно скорее поглощается этим веществом. Для защиты от гамма-излучения используют металлы (свинец, броню). Достаточно эффективно ослабляют гамма-излучение сооружения из бетона, кирпича и грунта. В биологическом объекте гамма-излучение в наибольшей степени поглощается костной тканью. Поэтому костномозговая кроветворная ткань является критическим органом при острой лучевой болезни.

Нейтронное излучение представляет собой поток незаряженных корпускул с массой равной единице. Подобно гамма-квантам нейтроны несут

различные запасы энергии. Сверхбыстрые нейтроны обладают высокой энергией. Проникая в ядра атомов, они способны разрушить их. Быстрые нейтроны проникают в ядро легких атомов (азота, углерода, кислорода и др.) и возбуждают его. Возбужденное ядро излучает гамма-кванты, ядро гелия и протон, что приводит к образованию пар электронов — позитронов и ионизации вещества. Промежуточные и медленные нейтроны лишь ударяются в ядро атома. При упругом соударении выделяются гамма-кванты. Благодаря этому усиливается проникающая и ионизирующая способность потока нейтронов в глубине тканей. Относительный биологический эффект ионизации медленных нейтронов выше, чем у быстрых (В. Г. Владимиров, А.Е.Егоров, 1981). Тепловые нейтроны несут наименъший запас энергии. Они способны вызвать радиационные поражения лишь на поверхности ткани.

Захват нейтрона ядром атома приводит к образованию стабильного или радиоактивного изотопа. Последний процесс именуется наведенной активностью. Наведенная активность может стать самостоятельным источником из­лучения. Такие изотопы обладают способностью к бета- и гамма-излучению.

Для защиты от нейтронного излучения применяются различные спосо­бы изоляции с применением воды, парафина, многослойных полимерных пленок. В защитные материалы добавляются примеси элементов бора, кад­мия. Слой воды толщиной 70 см или парафина толщиной 50 см ослабляет по­ток нейтронов в 100 раз.

Двухэтажные деревянные сооружения Ослабляют поток нейтронов в 24 раза, такие же каменные дома — лишь в 10 раз. Броня танков ослабляет ней­тронное излучение в 3,3 раза.

Проникая в организм, нейтроны поглощаются преимущественно тка­нями, богатыми водой, например: головным мозгом, мышцами, кишечником. Именно в них возникают наибольшая ионизация и повреждение. Определен­ное значение имеет образование радиоактивных изотопов натрия, калия, фосфора и других элементов.

Возникновение проникающей радиации сопровождается образованием электромагнитного импульса. В центре ядерной реакции концентрируются положительные ионы, а отрицательные формируют поток быстрых электро­нов, разлетающихся радиально. В течение нескольких секунд образуется мощное электромагнитное поле. В результате на больших расстояниях от центра взрыва создаются помехи и нарушения радиосвязи. На подземных и воздушных электролиниях могут возникнуть токи замыкания, приводящие к возгоранию. Повреждаются системы телеуправления, электронная аппарату­ра с полупроводниковыми элементами. Применение современных средств электрозащитного оборудования ослабляет действие электромагнитного им­пульса.

Радиоактивное заражение местности при наземных и подземных ядер­ных взрывах

Район взрыва ядерного боеприпаса и местность, прилегающая к нему с подветренной стороны, подвергаются интенсивному радиоактивному зара­жению Радиоактивное заражение местности в отличие от других поражающих факторов ядерного взрыва действует продолжительное время и на значительном пространстве, удаленном от района взрыва.

Местность, зараженная продуктами ядерного взрыва (ПЯВ) включает в себя район взрыва и след радиоактивного облака. Район взрыва имеет на­ветренную и подветренную стороны. След облака разделяется на четыре зо­ны: умеренного заражения (зона А), сильного заражена (зона Б), опасного заражения (зона В), чрезвычайно опасного заражения (зона 1').

След радиоактивного облака при взрыве ядерных боеприпасов форми­руется главным образом за счет радиоактивных короткоживущих изотопов. Поэтому мощность дозы излучения на местности довольно быстро падает: через 7 ч она уменьшается в 10 раз, через 7²- в 100 раз, через 7³ - в 1000 раз.

На внешней границе зоны А через 1 ч после взрыва мощность дозы из­лучения равна 8 Р/ч, через 10 ч - 0,5 Р/ч, через трое суток - 0,05 Р/ч; суммар­ная доза излучения за весь период радиоактивного распада будет равна 0,4Гр.

На внешней границе зоны Б в те же сроки мощности дозы излучения будут соответственно равны 80 Р/ч, 5 Р/ч и 0,5 Р/ч; максимальная доза излу­чения достигает 4 Гр.

На внешней границе зоны В соответствующие мощности дозы излуче­ния равны 240 Р/ч, 15 Р/ч, 1,5 Р/ч; максимальная доза излучения за период полного распада достигнет 12 Гр.

На границе зоны Г через 1 ч после взрыва мощность дозы излучения равна 800 Р/ч, через 10 ч - 50 Р/ч, через трое суток - 5 Р/ч; максимальная доза излучения составит 40 Гр.

Действия войск и работа на этапах медицинской эвакуации в зонах А и Б возможны в условиях регламентирования времени пребывания. В зонах В и Г защита личного состава осуществляется с помощью оборудованных в проти­ворадиационном отношении убежищ.

Радиоактивное заражение местности при воздушных взрывах возника­ет на непродолжительное время и не снижает боеспособности личного соста­ва

Подземные ядерные взрывы с выбросом грунта создают более опасное радиоактивное заражение местности, так как этот грунт содержит в себе ор­ганическую часть, не сгоревшую из-за отсутствия светового излучения. Мелкая органическая пыль долго удерживается во взвешенном состоянии в воз­духе, а при соприкосновении с людьми всасывается через кожу и слизистые.

В момент ядерного взрыва на одну килотонну мощности боеприпасов образуется лишь несколько десятков граммов остатков ядерного горючего (уран-235, плутоний-239) и продуктов его неполного деления. Третьим ис­точником ПЯВ является наведенная активность в грунте (А. П Дуриков, 1975). Остатки урана или плутония выпадают вблизи центра (эпицентра) взрыва и характеризуются длительным периодом полураспада, интенсивным гамма- и альфа-излучением. Продукты деления ядерного горючего состоят из нескольких сотен радиоактивных изотопов с атомными номерами 30-64 (цинк-гадолиний). Несмотря на небольшую массу, осколки деления пред­ставляют собой основной источник радиоактивной опасности. В среднем период полураспада осколков равен 10 ч Они характеризуются гамма- и бетта-излyчeниeм.

При ядерном взрыве мощностью 1 Мт в огненный шар вовлекается около 20 тыс. г грунта (воды) 90% этой массы содержится в грибовидном облаке, 10%-в пылевом столбе, который соединяется с облаком Нейтронный поток, возникающий в процессе ядерной цепной реакции, воздействует на грунт и воздушные массы, вызывая в них наведенную активность По сравнению с осколками ядерного горючего радиоактивные изотопы грунта, воды и воздуха имеют более короткий период полураспада и меньшую гам­ма- и бетта-активность.

Внешнее гамма-излучение на местности, зараженной ПЯВ, является главной опасностью для личного состава и называется остаточной радиацией ядерного взрыва.

Бета-активный распад представляет собой излучение электронов и по­зитронов внутриядерного происхождения. Позитроны являются античасти­цами электронов. Обе частицы имеют массу, равную 1/1840 части протона, и одинаковый заряд. Пробег бета-частиц в воздухе равен нескольким метрам, а в тканях - нескольким миллиметрам. При загрязнении кожных покровов ПЯВ возникают лучевые дерматиты и язвы. Возможна и резорбция РВ во внут­ренние ткани.

Альфа-активный распад представляет собой излучение ядер атомов гe-лия Эти ядра имеют массу из двух нейтронов и двух протонов Поэтому проникающая способность их невелика Однако альфа-активные ПЯВ вызывают высокую степень ионизации среды, что при длительном периоде полу-распада естественных актиноидов (плутония, урана, нептуния и др. представляют серьезную угрозу для биологических тканей. Подобная опасность возникает при инкорпорации альфа-активных ПЯВ.

Таким образом, радиоактивное заражение местности является источником

• внешнего гамма-излучения, приводящего к острой лучевой болезни.

• заражения наружных покровов бета-активными ПЯВ, приводящего к развитию лучевых дерматитов,

• инкорпорации ПЯВ, вызывающей возникновение лучевой болезни от внутреннего облучения.