Реферат: Проникающая радиация Воздействие на людей, здания и технику

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.

2. Поражающее воздействие проникающей радиации

Поражающее воздействие проникающей радиации на личный состав и на состояние его боеспособности зависит от величины дозы излучения и времени, прошедшего пос­ле взрыва. В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни: первую (легкую), вторую (среднюю), третью (тяжелую) и четвертую (крайне тя­желую).

Лучевая болезнь I степени возникает при суммарной дозе излучения 150—250 Р. Скрытый период продолжает­ся две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержа­ние белых кровяных шариков. Лучевая болезнь I степени излечима.

Лучевая болезнь II степени возникает при суммарной дозе излучения 250—400 Р. Скрытый период длится око­ло недели. Признаки заболевания выражены более ярко. При активном лечении наступает выздоровление через 1,5—2 мес.

Лучевая болезнь III степени наступает при дозе 400— 700 Р. Скрытый период составляет несколько часов. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 6—8 мес.

Лучевая болезнь IV степени наступает при дозе свыше 700 Р, которая является наиболее опасной. При дозах, превышающих 5000 Р, личный состав утрачивает боеспо­собность через несколько минут.

Тяжесть поражения, в известной мере, зависит от со­стояния организма до облучения и его индивидуальных особенностей. Сильное переутомление, голодание, болезнь, травмы, ожоги повышают чувствительность организма к воз­действию проникающей радиации. Сначала человек теряет физическую работоспособность, а затем — умственную.

В боевой технике и вооружении под действием нейтро­нов может образоваться наведенная активность, которая оказывает влияние на боеспособность экипажей и личный состав ремонтно-эвакуационных подразделений.

В приборах радиационной разведки под действием на­веденной активности в детекторных блоках могут выйти из строя наиболее чувствительные поддиапазоны измерений. При больших дозах излучения и потоках быстрых нейтро­нов утрачивают работоспособность комплектующие эле­менты систем радиоэлектроники и электроавтоматики. При дозах более 2 000 Р стекла оптических приборов темнеют, окрашиваясь в фиолетово-бурый цвет, что снижает или пол­ностью исключает возможность их использования для наб­людения. Дозы излучения 2—3 Р приводят в негодность фото­материалы, находящиеся в светонепроницаемой упаковке.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие g-излучение и нейтроны. При решении вопросов защиты следует учитывать разницу в ме­ханизмах взаимодействия g-квантов и нейтронов, что предопределяет выбор защитных материалов, g-излучение сильнее всего ослабляется тяжелыми материалами, имею­щими высокую электронную плотность (свинец, сталь, бе­тон). Поток нейтронов лучше ослабляется легкими мате­риалами, содержащими ядра легких элементов, например водорода (вода, полиэтилен).

Дозы, Р, по каждому виду излучений после прохожде­ния защитной среды (преграды) можно вычислить по формулам:

где Д^а _п и Д° g— дозы до защитной среды (преграды); Д_п и Дg — дозы после защитной среды (преграды); h — толщина защиты, см; d _п и d _g — слои половинного ослаб­ления соответственно по нейтронам и по g-излучению, см (табл. 2).

Таблица 2. Толщина слоев половинного ослабления проникающей радиации

Примечание. Интервалы значений толщины слоев половинного ослабления обусловлены различным устройством ядерных зарядов, а также энергией нейтронов и g-квантов.

В подвижных объектах для защиты от проникающей ра­диации необходима комбинированная защита, состоящая из легких водородсодержащих веществ и материалов с высокой плотностью. Без специальных противорадиационных экранов, например, средний танк имеет кратность ос­лабления проникающей радиации, равную примерно 4, что недостаточно для обеспечения надежной защиты экипажа. Поэтому вопросы защиты личного состава должны ре­шаться выполнением комплекса различных мероприятий.

Наибольшей кратностью ослабления дозы проникающей радиации обладают фортификационные сооружения (пе­рекрытые траншеи — до 100, убежища — до 15000).

В качестве средств, ослабляющих действие ионизирую­щих излучений на организм человека, могут быть исполь­зованы различные противорадиационные препараты (ра­диопротекторы).

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 ⁹⁷ ₄₀ Zr и теллура ¹³⁷ ₅₂ Те, 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*10¹⁰ Бк).

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 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.

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 шлей­ фом 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*10⁷ Р (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*10⁶ P (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.