Радиоактивное загрязнение местности, приземного слоя атмосферы и объектов

Местность, загрязненная радиоактивными веществами с мощностями доз излучения опасными для пребывания на ней человека, по площади во много раз превышает размеры зон поражения ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией. Такие мощности доз излучения могут наблюдаться как в районе взрыва, так и на значительном удалении от него.

Кроме того, особенность радиоактивного загрязнения заключается в том, что радиоактивные вещества на местности не обнаруживаются органами чувств человека, а их активность не может быть изменена какими-либо физико-химическими методами.

Источниками радиоактивного загрязнения местности и объектов при наземном ядерном взрыве являются [46, 58]:

продукты деления (осколки деления) ядерного взрывчатого вещества (урана-233, урана-235, урана-238 и плутония-239);

радиоактивные изотопы, возникающие в материалах боеприпаса и в грунте под действием нейтронного потока проникающей радиации (наведенная активность);

неразделившаяся часть ядерного взрывчатого вещества.

Соотношение между этими источниками заражения зависит от вида взрыва, конструкции боеприпаса, типа грунта, его элементарного состава в районе взрыва и расположения места заражения относительно центра (эпицентра) ядерного взрыва.

Из всех перечисленных источников радиоактивного загрязнения при наземном ядерном взрыве основным являются радиоактивные осколки деления.

При протекании ядерной реакции деления под действием нейтронов происходит деление ядер урана или плутония на два (очень редко на три) более легких атомных ядра, называемых осколками деления. Наиболее вероятно деление ядер на неравные части, на легкие и тяжелые осколки (с массовыми числами 95…105 и 130…144). Первоначально образуются ядра 80-ти различных изотопов 35-ти химических элементов от цинка (порядковый номер 30) до гадолиния (порядковый номер 64), расположенных в средней части Периодической системы Д.И. Менделеева.

Почти все изотопы вследствие того, что их ядра перегружены нейтронами, являются нестабильными и большинство из них претерпевает бета-распад. В результате, первичные ядра осколков деления в последующем испытывают в среднем 3-4 распада, после которых переходят в стабильное состояние. Таким образом, каждому первоначально образовавшемуся изотопу обычно соответствует целая цепочка радиоактивных превращений одних элементов в другие. В качестве примера рассмотрим две цепочки последовательных превращений, когда их родоначальниками являются изотопы циркония и теллура (рис. 1.6) [46]. Состав продуктов деления зависит от времени, прошедшего после ядерного взрыва. Всего в процессе радиоактивных превращений образуется более 200 различных изотопов, но каждому моменту времени соответствует свой состав смеси.

Рис. 1.6. Пример радиоактивных превращений двух осколков деления ядра урана-235

Наведенная активность образуется в результате воздействия нейтронов проникающей радиации на химические элементы, входящие в состав окружающих материалов и объектов (грунт, воздух, боевая техника и т. п.). В результате захвата медленных нейтронов образуются как радиоактивные, так и нерадиоактивные элементы.

Наибольшая наведенная активность образуется при взаимодействии нейтронов с ядрами следующих элементов: ²⁷ ₁₃ Al, ⁵⁵ ₂₅ Mn, ²³ ₁₁ Na, ⁵⁴ ₂₆ Fe, ⁵⁸ ₂₆ Fe, ⁵⁹ ₂₇ Co, ¹⁴ ₇ N и др.

Наведенная активность в грунте быстро уменьшается со временем, что обусловлено малым периодом полураспада большинства перечисленных искусственных радиоактивных изотопов.

Наведенная активность образуется также в материалах оболочки боеприпаса и боевой техники. Однако при взрывах ядерных боеприпасов наведенная активность составляет значительно меньшую величину, по сравнению с активностью продуктов деления.

Активность не разделившейся части ЯВВ необходимо учитывать лишь в случае аварийных взрывов ядерных боеприпасов, а также при ликвидации ядерных зарядов подрывом обычных ВВ на поверхности земли, когда ЯВВ разбрасывается на небольшой площади. В этом случае местность по направлению среднего ветра будет заражена альфа-активными продуктами.

После выпадения продуктов ядерного взрыва на местность (и другие объекты, расположенные на ней) образуется след радиоактивного загрязнения. Кроме местности, загрязнению подвергаются техника, вооружение, личный состав и т. д. Загрязненными могут оказаться вода, продовольствие, воздух.

Местность, которая подвергается радиоактивному загрязнению при ядерных взрывах, условно делится на два участка:

район взрыва;

след облака.

Участок местности, загрязненный радиоактивными веществами в результате касания светящейся области ядерного взрыва, разброса загрязненного грунта из воронки взрыва, воздействия нейтронного потока проникающей радиации на химические элементы, содержащиеся в грунте, называется зоной радиоактивного загрязнения в районе взрыва.

В свою очередь, район взрыва принято делить на две половины:

наветренную сторону, обращенную к ветру;

подветренную сторону.

Границами зон загрязнения являются изолинии, соединяющие точки с равными дозами радиации за время полного распада радиоактивных веществ на местности или мощностями доз излучения на различное время после взрыва.

След облака делится на четыре зоны загрязнения – А, Б, В и Г. Схема зон радиоактивного загрязнения представлена на рис. 1.7, а их характеристики приведены в табл. 1.4 [46, 58].

Зона А – умеренного загрязнения. Дозы излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны Д_¥ = 40 рад, на внутренней границе Д_¥ = 400 рад. Ее площадь составляет 70…80 % площади всего следа, на карты наносится синим цветом.

Зона Б – сильного загрязнения. Дозы излучения на границах Д_¥ = 400 рад и Д_¥ = 1200 рад. На долю этой зоны приходится примерно 10 % площади радиоактивного следа (наносится зеленым цветом).

Рис. 1.7. Схема зон радиоактивного загрязнения местности

Зона В – опасного загрязнения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада радиоактивных веществ Д_¥ = 1200 рад, а на внутренней границе Д_¥ = 4000 рад. Эта зона занимает примерно 8…10 % площади следа облака взрыва (наносится коричневым цветом).

Зона Г – чрезвычайно опасного загрязнения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада радиоактивных веществ Д_¥ = 4000 рад, а в середине зоны Д_¥ = 7000 рад (наносится черным цветом).

Таблица 1.4