Проникающая радиация ядерного взрыва

       Источниками радиоактивного излучения при ядерном взрыве являются: продукты деления (осколки деления) ядерных взрывчатых веществ (Pu-239, U-235 и U-238); радиоактивные изотопы (радионуклиды), образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов — наведенная активность; неразделившаяся часть ядерного заряда.

   Рис 1.  Пример радиоактивных превращений двух осколков деления ядра урана-235.

   Продукты деления, выпадающие из облака взрыва, представляют собой первоначально смесь около 80 изотопов 35 химических элементов средней части периодической системы Д. И. Менделеева: от цинка (№ 30) до гадолиния (№64). Почти все образующиеся ядра изотопов перегружены нейтронами, являются нестабильными и претерпевают b-распад с испусканием g-квантов. Первичные ядра осколков деления в последующем испытывают в среднем три-четыре распада и в итоге превращаются в стабильные изотопы. Таким образом, каждому первоначально образовавшемуся ядру (осколку) соответствует своя цепочка радиоактивных превращений. Пример последовательных превращений, по двум цепочкам, когда их «родоначальниками» являются изотопы циркония 9740Zr и теллура 13752Те, приведен на рис. 1, где показано, что каждое радиоактивное ядро, образовавшееся при делении, распадается с испусканием b-частиц и g-квантов до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп. Всего на разных этапах радио­активного распада возникает около 300 различных радионуклидов.

     Суммарная активность смеси продуктов деления Аb, Ки, через 1 мин после взрыва может быть определена по формуле.

   где qдел — тротиловый эквивалент взрыва по делению, т.

   В системе СИ активность измеряется в беккерелях (Бк), 1 Бк равен одному распаду в секунду (1 Ки = 3,7*1010Бк).

    Изотопный состав смеси осколков деления зависит от вида ЯВВ, использованных в ядерном заряде, и от времени, прошедшего после взрыва.

    Изменение активности во времени, как и уровней радиации на местности или плотности заражения, определяют по формуле.

    где ао и At — активность осколков деления ко времени t0 и t после взрыва.

    По мере увеличения времени, прошедшего после взрыва, величина активности осколков деления быстро падает.

    Образование наведенной активности в грунте в пределах зоны распространения нейтронов имеет практическое значение при воздушном ядерном взрыве. В грунте в основном образуются радиоактивные Al-28, Na-24, количество которых пропорционально выходу нейтронов при взрыве данного ядерного заряда. Максимальное количество нейтронов на единицу мощности заряда образуется при взрыве нейтронного боеприпаса.

    Активность неразделившейся части ядерного заряда следует учитывать только в случае аварийных взрывов ядерных боеприпасов или при их ликвидации взрывом обычного ВВ.

    При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается поверхности земли и образуется воронка выброса. Значительное количество грунта, попавшего в светящуюся область, плавится, испаряется и перемешивается с радиоактивными веществами. По мере остывания светящейся области и ее подъема пары конденсируются, образуя радиоактивные частицы различной величины. Сильный прогрев грунта и приземного слоя воздуха способствует образованию в районе взрыва восходящих потоков воздуха, которые формируют пылевой столб («ножку» облака). Когда плотность воздуха в облаке взрыва станет равной.

     Рис. 2. Схема наземного ядерного взрыва:

     Л — активность;   Н — высота   подъема   верхней   кромки   облака; Дв— вертикальный   размер   облака; Дг  - горизонтальный   диа­метр  облака:    q — мощность    взрыва;   V — скорость    среднего ветра;   R— расстояние от  центра  взрыва.

     плотности окружающего воздуха, подъем облака прекращается. При этом в среднем за 7—10 мин облако достигает максимальной высоты подъема H, которую иногда называют высотой стабилизации облака (рис. 2, табл. 3). 
 

Таблица 3.

Зависимость высоты подъема и размеров радиоактивного облака от мощности ядерных взрывов.

 

.

   В каждой точке следа, например в точке А, находящейся на удалении R от центра взрыва, выпадают радиоактивные частицы разного размера; средний размер частиц уменьшается по мере удаления от места взрыва.

    На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака (рис. 3). В свою очередь в районе взрыва различают наветренную и подветренную стороны.

    Рис. 3. Схема    радиоактивного    заражения местности    в районе взрыва и по следу движения облака

    Причиной заражения местности в районе взрыва является оседание осколков деления и образование наведенной активности. Плотность заражения местности, уровни радиации на ней, а значит, и дозы до полного распада радиоактивных веществ на границах зон заражения убывают с удалением от центра взрыва. Радиус района взрыва не превышает 2 км. С подветренной стороны заражение местности в районе взрыва увеличено за счет наложения на след облака.

    Границы зон радиоактивного заражения с разной степенью опасности для личного состава можно характеризовать как мощностью дозы излучения (уровнем радиации) , Р/ч, на определенное время после взрыва, так и дозой до полного распада РВ,Р.

     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∞ = 40 Р, на внутренней границе Д∞=400Р. Ее площадь составляет 70—80% площади всего следа.

     Зона Б —сильного заражения. Дозы на границах Д∞ = = 400 Р и Д∞ =1200 Р. На долю этой зоны приходится примерно 10% площади радиоактивного следа.

     Зона В — опасного заражения. Дозы излучения на ее:

•внешней  границе  за   период  полного  распада   РВ Д∞ — 1200 Р, а на внутренней границе Д∞=4000 Р. Эта зона занимает    примерно    8— 10%   площади   следа   облака взрыва.

     Зона Г — чрезвычайно опасного заражения. Дозы излучения на ее внеш­ней границе за период полного распада РВ Д∞ = 4000 Р, а в середине зоны Д∞ =10000 Р.

    Рис.    4.    Схема     распределения уровней радиации на время   образования      радиоактивного     заражения в сечениях:

а —  по   следу   низкого   воздушного   ядерного     взрыва,   б — по    следу    наземного ядерного взрыва.

     Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 ч после взрыва составляют соответственно 8, 80, 240 и 800 Р/ч, а через 10 ч — 0,5; 5; 15 и 50 Р/ч. Со временем уровни радиации на местности снижаются по зависимости, записанной в формуле (2.4), 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.

     Объем воздушного пространства, в котором происходит осаждение радиоактивных частиц из облака взрыва и верхней части пылевого столба, принято называть шлейфом облака (см. рис. 2). По мере приближения шлейфа к объекту уровни радиации возрастают вследствие.

    γ-излучения радиоактивных веществ, содержащихся в шлейфе. После подхода края шлейфа наблюдается выпадение радиоактивных частиц. Ориентировочно время

    t вып, ч, начала выпадения определяется по формуле.

           Вначале из облака выпадают наиболее крупные частицы с высокой степенью их активности, по мере удаления от места взрыва — более мелкие, а уровень радиации при этом постепенно снижается. В поперечном сечении следа уровень радиации уменьшается от оси следа к его краям. На рис. 4 приведено распределение уровней радиации на местности при наземном и низком воздушном взрывах.

     Мощности доз излучения на следе облака в чрезвычайно опасной зоне заражения к моменту подхода фронта радиоактивного заражения могут доходить до тысяч рентген в час, что при открытом расположении личного состава приведет к дозе облучения до 10000 Р. Поскольку облучение в дозах 250—400 Р вызывает тяжелые поражения человека, то пребывание личного состава в этой зоне возможно только в сооружениях с кратностью ослабления дозы около 1 000, т. е. до величины ниже опасного уровня.

     Инженерные сооружения и объекты подвижной военной техники обеспечивают разный уровень защиты от γ-излучения радиоактивно зараженной местности (табл. 4). 

Таблица 4.

 Кратность ослабления дозы излучения от зараженной местности. 
 

                                                                                       

                                            

Кратность ослабления излучений отражает степень снижения дозы только при условии, если личный состав пребывает в данном укрытии  непрерывно. При периодическом использовании  укрытий можно применять среднюю  кратность ослабления дозы излучения Сср, определяемую по формуле:

        где t∑ — общее время действий личного состава в зараженном районе (t1 + t2 + t3), t1— время работы на открытой местности; t2 и tз — время пребывания в укрытиях с кратностью ослабления, равной соответственно КОСЛ2 и КОСЛз. ' Результаты расчета доз излучения могут использоваться как исходные данные для оценки боеспособности войск. В зараженном районе на следе облака наиболее точно доза излучения Д, Р, определяется по формуле:

     где ро— мощность                   дозы, Р/ч, к моменту времени t0, ч, после ядерного взрыва; t1—время начала облучения, ч; t2—время окончания облучения, ч (t1 и t2 отсчитываются от момента взрыва).

       Если в формуле (2) t1 = t0 = tвып,, то мощность дозы Р0 будет равна начальному значению Рвып на момент подхода фронта радиоактивного заражения к району расположения войск. При длительности облучения t2, стремящейся к бесконечности, формула (2) преобразуется в соотношение:

по которому можно рассчитывать дозу Д∞ до полного  распада радиоактивных веществ.

     Дозу   излучения   можно  определить и   по упрощенной формуле:

     где         — среднее  значение   мощности  дозы за

время                 пребывания на зараженной местности, Р/ч; t — длительность пребывания на зараженной местности, ч; рн и Рк—мощность дозы на время начала и окончания облучения соответственно, Р/ч.

   По формуле (4) можно рассчитывать дозу излучения, в частности, на случай движения войск по зараженной радиоактивными веществами местности.

    При подходе фронта радиоактивного заражения к какому-либо рубежу на местности одновременно с повышением радиации увеличивается и концентрация радиоактивных веществ в приземном слое воздуха, которая достигает максимального значения примерно к середине периода выпадения радиоактивных веществ, когда проходит центр шлейфа, и затем уменьшается к концу периода выпадения.