Финансовая академия при Правительстве РФ
Кафедра …
Реферат
на тему «Проникающая радиация. Воздействие на людей, здания и технику»
Москва  2001 г.




1. Проникающая радиация. 2

2. Поражающее воздействие проникающей радиации. 4

3. Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы и объектов  5

Список использованной литературы.. 12

1. Проникающая радиация

Проникающая радиация ядерного взрыва представляет со­бой совместное g-излучение и нейтронное излучение.

g-излучение и нейтронное излучение различны по своим физическим свойствам, а общим для них является то, что они могут распространяться в воздухе во все стороны на расстояния до 2,5—3 км. Проходя через биологическую ткань, g-кванты и нейтроны ионизируют атомы и молеку­лы, входящие в состав живых клеток, в результате чего нарушается нормальный обмен веществ и изменяется харак­тер жизнедеятельности клеток, отдельных органов и си­стем организма, что приводит к возникновению специфиче­ского заболевания — лучевой болезни.

Источником проникающей радиации являются ядер­ные реакции деления и синтеза, протекающие в боеприпасах в момент взрыва, а также радиоактивный распад ос­колков деления.

g-кванты могут быть мгновенными, испускаемыми в ходе протекания ядерных реакций взрыва, при взаимо­действии нейтронов с конструкционными материалами боеприпаса и с ближайшими к нему слоями воздуха, оско­лочными, образуемыми при радиоактивном распаде осколков деления, или захватными, возникающими при ядерных реакциях захвата нейтронов атомами воздуха и грунта на значительных расстояниях от центра взрыва боеприпаса.

Нейтроны проникающей радиации могут быть мгно­венными, испускаемыми в ходе протекания ядерных ре­акций взрыва, и «запаздывающими», образующимися в процессе распада осколков деления в течение первых 2—3 с после взрыва.

Время действия проникающей радиации при взрыве зарядов деления и комбинированных зарядов не превышает нескольких секунд. При взрыве зарядов деления и комби­нированных зарядов время действия проникающей радиа­ции определяется временем подъема облака взрыва на такую высоту, при которой излучение поглощается тол­щей воздуха и практически не достигает поверхности земли.

Поражающее действие проникающей радиации харак­теризуется величиной дозы излучения, т. е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают дозу излучения в воз­духе (экспозиционную дозу) и поглощенную дозу.

Экспозиционная доза ранее измерялась внесистемными единицами — рентгенами Р. Один рентген — это такая до­за рентгеновского или g-излучения, которая создает в 1 см³ воздуха 2,1 • 10⁹ пар ионов. В новой системе единиц СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (1Р = 2,58• 10^-4 Кл/кг). Экспозиционная доза в рентгенах достаточно надежно характеризует потенциальную опас­ность воздействия ионизирующей радиации при общем и равномерном облучении тела человека.

Поглощенную дозу измеряли в радах (1 рад = 0,01 Дж/кг=100 Эрг/г поглощенной энергии в ткани). Новая единица поглощенной дозы в системе СИ — грэй (1 Гр =  1 Дж/кг=100 рад). Поглощенная доза более точно оп­ределяет воздействие ионизирующих излучений на биологи­ческие ткани организма, имеющие различные атомный со­став и плотность.

В данном издании для характеристики проникающей радиации используются внесистемные единицы: рентген — для  g-излучения и биологический эквивалент рентгена (бэр)—для дозы нейтронов. Один бэр — это такая доза нейтронов, биологическое воздействие которой эквивалент­но воздействию одного рентгена g-излучения. Поэтому при оценке общего эффекта воздействия проникающей радиа­ции рентгены и биологический эквивалент рентгена можно суммировать:


где Д⁰_сум— суммарная  доза проникающей радиации, бэр; Д⁰_g—доза g-излучения, Р; Д°_п— доза нейтронов, бэр (ноль у символов доз показывает, что они определяются перед защитной преградой).

Доза проникающей радиации зависит от типа ядерного заряда, мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва.

Проникающая радиация является одним из основных поражающих факторов при взрывах нейтронных боепри­пасов и боеприпасов деления сверхмалой и малой мощно­сти. Для взрывов большей мощности радиус поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов по­ражения ударной волной и световым излучением. Особо важное значение проникающая радиация приобретает в случае взрывов нейтронных боеприпасов, когда основная доля дозы излучения образуется быстрыми нейтронами.

Таблица 1.

Расчетные значения доз излучения при воздушном взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 тыс. т

Примечания: 1. При взрыве нейтронного боеприпаса мощ­ностью q
тыс. т дозы излучения будут в q
раз больше (меньше) ука­занных в таблице.

2. При взрыве ядерною заряда деления той же мощности при |прочих равных условиях дозы излучения будут меньше в 5—10 раз.
Из табл. 1 следует, что на близких расстояниях от эпицентра взрыва в зоне смертельных и тяжелых пораже­ний доза нейтронов значительно превосходит дозу g-излучения и только на границе легких поражений, т. е. на рас­стоянии 1 500—1 800 м, их значения будут примерно оди­наковыми.

Материал	Плотность, г/см3	Слой половинного ослабления, см
		по нейтронам	по g-излучению
Вода	1,0	3-6	14-20
Полиэтилен	0,92	3-6	15-25
Броня	7,8	5-12	2-3
Свинец	11,3	9-20	1.4-2
Грунт	1,6	11—14	10-14
Бетон	2,3	9-12	6-12
Дерево	0,7	10-15	15-30

3. Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы и объектов

Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, воды и других объ­ектов возникает в результате выпадения радиоактивных ве­ществ из облака ядерного взрыва.

Значение радиоактивного заражения как поражающего фактора определяется тем, что высокие уровни радиации могут наблюдаться не только в районе, прилегающем к ме­сту взрыва, но и на расстоянии десятков и даже сотен ки­лометров от него. В отличие от других поражающих фак­торов, действие которых проявляется в течение относитель­но короткого времени после ядерного взрыва, радиоактив­ное заражение местности может быть опасным на протяже­нии нескольких суток и недель после взрыва.

Наиболее сильное заражение местности происходит при наземных ядерных взрывах, когда площади заражения с опасными уровнями радиации во много раз превышают размеры зон поражения ударной волной, световым излуче­нием и проникающей радиацией. Сами радиоактивные ве­щества и испускаемые ими ионизирующие излучения не имеют цвета, запаха, а скорость их распада не может быть изменена какими-либо физическими или химическими ме­тодами.

Зараженную местность по пути движения облака, где выпадают радиоактивные частицы диаметром более 30— 50 мкм, принято называть ближним следом заражения. На больших расстояниях — дальний след — небольшое заражение местности не влияет на боеспособность личного со­става.

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 А_b, Ки, через 1 мин после взрыва может быть определена по фор­муле



где q_дел — 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 а_о и A_t
— активность осколков деления ко времени t
₀ 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 сразной 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.

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 С_ср, 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 К_ОСЛ2 и К_ОСЛз. ' 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

(2)

где р_о— 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 = t_вып,, то мощность дозы Р₀ будет равна начальному значению Р_вып на момент подхо­да фронта радиоактивного заражения к району располо­жения войск. При длительности облучения t₂, стремящейся к бесконечности, формула (2) преобразуется в соотноше­ние

 (3)

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

Дозу   излучения   можно  определить и   по упрощенной формуле

 (4)

где          — среднее  значение   мощности  дозы за

время                 пребывания на зараженной местности, Р/ч; t
— длительность пребывания на зараженной местности, ч; р_н и Р_к—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.

Поскольку в органы дыхания человека практически не могут попадать частицы диаметром более 100 мкм, а имен­но вместе с крупными частицами выпадает основная доля активности, то общее количество РВ, которое может нако­питься в незащищенных органах дыхания за период фор­мирования следа, не вызовет острых радиационных пора­жений личного состава. Еще меньше РВ попадает в не­защищенные органы дыхания при вторичном заражении воздуха, когда осевшая радиоактивная пыль поднимается в воздух во время движения техники в сухую погоду или при выполнении инженерных работ на местности.

О степени заражения радиоактивными веществами по­верхностей различных объектов, обмундирования личного состава и кожных покровов принято судить по величине мощности дозы γ-излучения вблизи зараженных поверхно­стей, определяемой в миллирентгенах в час (мР/ч), а так­же по числу распадов ядер за единицу времени на опреде­ленной площади или в определенном объеме и обозна­чать соответственно: расп./(мин*см²), расп./(мин*см³), расп./(мин*л) и расп./(мин*г) (табл. 5).

Таблица 5. Предельно допустимые величины заражения различных предметов


При оценке степени заражения поверхностей объектов обычно исходят из связи между плотностью заражения ме­стности Q_M, расп./(мин*см²), и уровнем радиации Р, Р/ч, на высоте 1 м от ее поверхности:
Q_M = 2*10⁷Р    (5)

При первичном заражении техники оседающими аэро­золями (после прохождения шлейфа облака) относитель­ная плотность заражения ее поверхностей в зонах умерен­ного и сильного заражения ориентировочно равна 10% плотности заражения окружающей местности. Следователь­но, с учетом формулы (5) плотность заражения военной техники Q_T и вооружения можно определять по формуле

Q_T=2*10⁶P  (6)

Для военной техники плотность заражения 25000 расп./(мин • см²) на ее поверхности соответствует мощности дозы γ-излучения, равной 1 мР/ч. По такому соотношению оценивается степень заражения техники (мР/ч). При дей­ствии войск на следе ядерного взрыва возможное радио­активное заражение воздуха, поверхностей техники и во­оружения по сравнению с поражающим воздействием внеш­него γ-излучения от продуктов взрыва, выпавших на мест­ность, имеет второстепенное значение, не приводящее к снижению боеспособности личного состава.

Список использованной литературы

1. Защита от оружия массового поражения. В.В. Мясников. – М.: Воениздат, 1984.
2. Бобок С.А., Юртушкин В.И. Чрезвычайные ситуации: защита населения и территорий. – М.: «Издательство ГНОМ и Д», 2000.