Характеристика очагов поражения

Внесистемной единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р) — это такое количество рентгеновского или g-излучений, которое  при температуре 0 °С, давлении 760 мм рт. ст. (1013 Па, 1 атм) создает в 1 см3 сухого атмосферного воздуха 2,08Ч109 пар ионов. 

На практике используют доли рентгена (мР, мкР). 

Экспозиционная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью экспозиционной дозы (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). 

Для оценки загрязнения  открытых поверхностей РВ можно использовать ориентировочные соотношения между  мощностью экспозиционной дозы и  плотностью радиоактивного загрязнения: 1 Ки/м2 » 10 Р/ч; 1 мКи/см2 » 1 Р/ч; 1 Ки/км2 » 10 мкР/ч. 

Радиоактивное загрязнение  местности. Радиоактивное загрязнение  местности возникает в результате выпадения РВ на поверхность земли  из радиоактивного облака вместе с  осадками. Радиоактивные облака возникают  в результате ядерных взрывов, разрушения ядерных реакторов, АЭС и т. д. 

Местность в экстремальных  ситуациях считается загрязненной, если уровень радиоактивного излучения  на высоте 70 см от поверхности земли  не меньше 0,5 Р/ч. 

Источниками радиоактивного загрязнения местности (РЗМ) являются: 

продукты деления  ядерного горючего (урана, плутония). В  этом случае имеют место g- и b-излучения; 

не разделившаяся  часть горючего при ядерном взрыве, так как в реакции деления  взрывного характера принимает  участие примерно 20 % горючего. Оставшаяся часть горючего загрязняет территорию и является источником a-излучений; 

наведенная активность в почве. Под воздействием нейтронного  потока в грунте образуется ряд радиоактивных  изотопов: алюминий-28, натрий-24, магний-24, которые при своем распаде  выделяют g- и b-излучения. 

Рассмотрим образование  РЗМ в случае аварии, разрушения АЭС, ядерных реакторов. 

Ядерные реакторы и  АЭС являются потенциально опасными для окружающей среды, а поэтому  при проектировании таких объектов предусматривается решение вопросов безопасности обслуживающего персонала  и населения. Особенностью аварии на АЭС, ядерных реакторах является то, что процесс деления ядерного топлива, используемого в ядерных  реакторах, продолжается длительное время. Поэтому в случае разрушения реактора в атмосферу могут длительное время поступать РВ. Подъем РВ осуществляется на незначительную высоту (800–1000 м), что  объясняется небольшой мощностью  теплового взрыва ядерного реактора (порядка 0,04 кт). На этой высоте и в  течение длительного времени  ветер меняет свое направление много  раз, а поэтому ярко выраженного, как при ядерном взрыве, следа  радиоактивного облака нет. РВ соединяется  с дождевыми облаками и перемещается вместе с ними. Из дождевых облаков  РВ выпадают вместе с осадками. В  результате этого загрязненные территории могут быть значительными по своим  размерам и находиться на очень больших  расстояниях от места аварии, как  это было в результате аварии на Чернобыльской АЭС. 

Связь между дозой  облучения за время до полного  распада Д и уровнем радиации P(t)зар за время заражения tзар  выражается соотношением 

ДҐ  = 5 P(t)зар tзар.  

В идеальном случае на равнинной местности при равномерном  ветре одного направления радиоактивный  след имеет форму эллипса и  условно делится на зоны загрязнения, границы которых характеризуются  дозой излучения, полученной человеком  за время от момента образования  следа до полного радиоактивного распада вещества Д или уровнем  радиации на 1 ч после аварии (рис. 4). 
 
 

Рис. 4. Распределение  уровней радиации по следу радиоактивного облака 1,2 - след и ось облака, 3,4- уровни радиации вдоль и на ширине следа 

При аварии, разрушении АЭС, ядерных реакторов загрязненная территория по уровням радиации делится  на 5 зон: 

М — зона слабого  РЗМ с уровнем радиации на 1 ч  после аварии Р1 = 0,025–0,1 Р/ч; 

А — зона умеренного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р1 = 0,1–1,0 Р/ч; 

Б — зона среднего загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р1 = 1,0–3,0 Р/ч; 

В — зона опасного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р1 = 3,0–10,0 Р/ч; 

Г — зона чрезмерно  опасного загрязнения с уровнями радиации на внешней границе зоны Р1 = 10,0 Р/ч. 

С течением времени  из-за естественного распада РВ уровни радиации на следе радиоактивного облака уменьшаются по экспоненциальному  закону: 

  

(1) 

где P0 — уровень  радиации в момент времени t0 после  аварии на АЭС, ядерных реакторах  и т. д.; P(t) — уровень радиации в момент времени t, т. е. времени измерения  уровня радиации или времени начала работ в зоне РЗМ; n — показатель степени, характеризующий величину спада уровня радиации и зависящий  от изотопного состава радионуклидов  и продолжительности их жизни. Так  при ядерном взрыве n = 1,2, а при  аварии, разрушении АЭС, ядерных реакторов n = 0,4–0,5 (рис. 5). 
 
 

Рис. 5. Изменение  уровня радиации во времени 

Для ядерного взрыва уровень радиации через 7 ч после  взрыва уменьшается в 10 раз, через 2 суток — в 100 раз и через 7 недель — в 1000 раз. Уменьшение же уровня радиации в результате аварии на АЭС, ядерных  реакторах происходит существенно  медленнее. 

Оценка дозы облучения. Зная уровень радиоактивного загрязнения  местности P(t), т. е. уровень радиации на момент времени измерения или  начала работ на загрязненной территории, можно определить дозу облучения  Добл, которую получит человек  за интервал времени от начала облучения (время начала работ в зоне, время  входа в зону) до конца облучения (время выхода из зоны, время конца  работы в зоне). 

Для определения  дозы облучения можно воспользоваться  выражением 
 
 

(2) 

После интегрирования  
 
 

(3) 

Если в (3) подставить P0 из (1): и , то доза облучения человека при нахождении в зоне радиоактивного загрязнения 
 
 

В случае ядерного взрыва, когда показатель степени n = 1,2, выражение  для определения дозы облучения  имеет вид 

Добл = 5(Pнtн - Pкtк),  

а с учетом коэффициента ослабления Kосл, вносимого зданиями, сооружениями, выражение (3) примет вид 

  

Если же будем  рассматривать облучение человека, находящегося на РЗМ в результате аварии, разрушения АЭС, ядерных реакторов, и показатель степени n = 0,4 по данным после аварии на ЧАЭС выражение для  определения дозы облучения примет вид 

Добл = 1,7(Pкtк -  Pнtн).  

В общем виде с  учетом коэффициента ослабления Kосл 
 
 

Особенности ядерного взрыва. При ядерном взрыве используется энергия, выделяемая при цепных ядерных  реакциях деления атомов тяжелых  элементов (изотопов урана и плутония) или при термоядерных реакциях синтеза  атомов легких элементов (изотопов водорода — дейтерия и трития) в более  тяжелые элементы. Ядерный взрыв  сопровождается мощной ударной волной, на которую расходуется примерно 50 % всей энергии взрыва, световым излучением, на которое расходуется примерно 35 % энергии взрыва, проникающей радиацией, на которую расходуется примерно 5 % энергии взрыва, радиоактивным  загрязнением местности — это  примерно 10 % всей энергии взрыва и  электромагнитным импульсом, на создание которого расходуются доли процента всей энергии взрыва. 

По характеру протекающих  реакций ядерные боеприпасы делятся  на атомные (ядерные), термоядерные (водородные), комбинированные (3-фазные) и нейтронные. 

По мощности ядерные  боеприпасы в зависимости от мощности тротилового эквивалента делятся  на боеприпасы сверхмалой мощности (мощностью  до 1 кт), малой мощности (1–10 кт), средней  мощности (10–100 кт), большой мощности (100 кт–1 Мт) и сверхбольшой мощности (свыше 1 Мт). 

Особенностью взрыва нейтронного боеприпаса малой или  сверхмалой мощности является расход энергии на создание нейтронного  потока во много раз большего, чем  при водородном или ядерном взрывах. Нейтронный поток поражает живые  организмы и элементы радиоэлектронной аппаратуры. 

Основные виды ионизирующих излучений. Основными видами ионизирующих излучений являются a-, b-, g-излучения  и нейтроны. 

a-частицы представляют  собой ядра атомов гелия ив  своем составе имеют два нейтрона  и два протона. Энергия от 4 до 10 МэВ, пробег в воздухе 3–11 см, в биологической среде 30–130 мкм. Обладают высокой ионизирующей  способностью. Проходя через вещество a-частицы взаимодействуют с электронами  и ионизируют атомы и молекулы. Проникающая способность a-частиц  невелика, так как они задерживаются  кожным покровом, листом бумаги  и т. п. Опасность облучения  наступает в тех случаях, когда  a-частицы поступают внутрь организма  с воздухом, водой, пищей. 

b-частицы представляют  собой поток электронов или  протонов с энергией от 0,01 до 20 МэВ. Длина пробега этих частиц  в воздухе достигает десятков  метров, а в биологической среде  до 1 см. Следовательно, проникающая  способность у b-частиц выше, чем  у a-частиц той же энергии.  Взаимодействуя с веществом среды  распространения, b-частицы проходят  вблизи ядер атомов. Под влиянием  положительного заряда атомного  ядра отрицательно заряженные b-частицы  тормозятся и теряют часть  своей энергии, которая и излучается  в виде рентгеновского излучения. 

g-кванты представляют  собой поток корпускул лучистой  энергии, не имеющих заряда, но  обладающих значительной массой  и энергией от 0,01 до 10 МэВ. Ионизирующая  способность в тысячи раз меньше, чем у a-частиц той же энергии,  но g-излучения обладают огромной  проникающей способностью. Существует  три вида взаимодействия g-квантов  с веществом: фотоэлектрический  эффект, когда g-квант передает  всю свою энергию электрону  атома, что позволяет разорвать  связь электрона с ядром. В  результате появляется свободный  электрон и положительно заряженный  атом, т. е. происходит процесс  ионизации вещества; комптоновское  рассеяние, когда g-квант передает  часть своей энергии электрону,  изменяет свое направление и  взаимодействует с электронами  других атомов. В результате такого  взаимодействия появляются свободные  электроны и положительно заряженные  атомы; образование электронно-позитронных  пар, когда g-квант, взаимодействуя  с полем ядра, передает ему  часть своей энергии и в  результате образуется электронная  пара — позитрон b+ и электрон b-. 

Итак, при взаимодействии g-квантов с атомами вещества, т. е. с электронами или полем  ядра, происходит ионизация вещества. 

Нейтроны представляют собой незаряженные частицы с  высокой проникающей способностью и взаимодействуют только с ядрами атомов. Существует три вида взаимодействия нейтронов с ядрами атомов химических элементов: упругое взаимодействие, при котором нейтрон сталкивается с ядром атома, передает ему часть  своей энергии, изменяет свое направление  движения и смещает ядро со своего места, что нарушает структуру кристаллических  веществ — процесс необратимый; неупругое взаимодействие, при котором  нейтрон проникает внутрь ядра, передает ему свою энергию и ядро само становится излучателем нового нейтрона с другой энергией, g-кванта и b-частицы, которые взаимодействуют с другими атомами вещества; захватное взаимодействие, при котором с ядрами атомов взаимодействуют медленные нейтроны. В этом случае ядро поглощает всю энергию нейтрона и излучает два новых нейтрона с другими энергиями, один g-квант, один протон и одну a-частицу. 

Следовательно, при  взаимодействии нейтронов с атомами  вещества может изменяться структура  кристаллических веществ и происходить  ионизация вещества. 

Радиационная защита. Это уменьшение интенсивности ИИ посредством поглощения излучения  экраном. Защитой от ИИ служат экраны из различных материалов, ослабляющих  действие g-лучей и нейтронов. Степень  ослабления ИИ зависит от свойств  материала, его толщины и оценивается  слоем половинного ослабления, т. е. такого слоя материала, при прохождении  которого интенсивность g-лучей и  нейтронов ослабляется в 2 раза. 

Толщина слоя половинного  ослабления dпол для g-квантов и  нейтронов в см, определяется по формулам: 
 
 

где 23 — слой половинного  ослабления g-квантов водой, см; 13 —  слой половинного ослабления нейтронов  водой, см; r — удельная плотность  вещества, г/см3. 

Только бетон, грунт, кирпич имеют примерно одинаковый слой половинного ослабления. Данные по половинному ослаблению могут быть получены из таблиц [1, 5]. 

Как правило, любой  экран по своей толщине отличается от толщины слоя половинного ослабления, поэтому для оценки эффективности  ослабления ИИ экраном вводится коэффициент  ослабления проникающей радиации Косл, показывающий во сколько раз данный экран ослабляет действие ИИ: 

,