Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства

по здравоохранению и социальному развитию» ГОУ ВПО ОрГМА Росздрава

Кафедра Мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для студентов по курсу «Токсикология и медицинская защита»

Тема № 15: «Средства и методы радиационной разведки и контроля»

г. Оренбург – 2009 г.

Источники возникновения радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах.

Ядерным оружием называют боеприпасы (ракеты, бомбы, снаряды, торпеды) взрывного действия, разрушающее и поражающее действие которых основано на использовании энергии атомного ядра. Оно является самым мощным и опасным видом оружия массового поражения, угрожающим уничтожением миллиардов людей и всей цивилизации, экологическими аномалиями на всем земном шаре, уничтожением нормальных условий жизни на земле на длительное время.

Известны три основных вида ядерного оружия: собственно ядерное (или атомное оружие), термоядерное и нейтронное. Возможно еще применение радиологического оружия, то есть распыление на огромных территориях радиоактивных веществ, например отходов атомных реакторов, в виде аэрозолей.

Ядерные (атомные) боеприпасы (бомбы) основаны на принципе использования энергии цепной реакции деления ядер урана-235 или плутония-239, ядра которых легко расщепляются на две части от удара медленных нейтронов. Цепная реакция деления ядер происходит мгновенно, если количество урана или плутония составляет критическую массу. В ядерных боеприпасах она может быть образована двумя способами: имплозии (направленного внутрь взрыва, увеличивающего плотность вещества) или взрывного сближения урановых и плутониевых полушарий, каждое из которых в отдельности меньше критической массы и не взрывается.

Взрыв ядерного боеприпаса происходит следующим образом. На определенной высоте срабатывает дистанционный взрыватель, взрываются пороховые заряды, силой их взрыва полушария урана или плутония сближаются, при этом образуется критическая масса и происходит цепная реакция. При разрушении ядер урана или плутония выделяется огромное количество внутриядерной энергии в виде энергии взрыва.

Термоядерный боеприпас (бомба) содержит в себе все части ядерной бомбы, а, кроме того, термоядерный заряд и природный уран-238 (в корпусе бомбы)..

Термоядерный заряд состоит из изотопов водорода (дейтерия, трития и лития) В частности, применяется соединение дейтерия с литием – дейтерид лития. При взрыве ядерного заряда урана или плутония внутри бомбы температура достигает несколько миллионов градусов. При такой высокой температуре происходят термоядерные реакции синтеза (новообразования) ядер гелия из изотопов водорода и лития с выделением огромного количества энергии, в 8 – 10 раз большей, чем при разрушении ядер урана или плутония.

Эти реакции синтеза гелия происходят при очень высокой температуре, поэтому они получили название термоядерных. На солнце эти реакции происходят постоянно в больших размерах, за счет их оно испускает солнечную энергию.

Взрыв термоядерного боеприпаса протекает в три стадии:

- взрывается ядерный заряд урана или плутония (цепная реакция деления ядер) с образованием внутри бомбы температуры в несколько миллионов градусов;

-под действием высокой температуры происходят термоядерные реакции синтеза ядер гелия из дейтерия, трития и лития с выделением очень быстрых нейтронов с энергией 10-20 Мэв;

- быстрые нейтроны, бомбардируя ядра урана-238, вызывают деление ядер урана с дополнительным выделением огромной энергии.

Могут быть также двухступенчатые термоядерные боеприпасы на принципе деление-синтез, отличающиеся от трехступенчатых отсутствие урана-238 в корпусе боеприпаса (бомбы).

Мощность взрыва ядерных и термоядерных боеприпасов измеряется тротиловым эквивалентом, под которым условно понимают такое количество обычного взрывчатого вещества – тротила, энергия взрыва которого будет равноценна взрыву данного ядерного или термоядерного боеприпаса.

Нейтронные боеприпасы (бомбы) представляют собой особый вид термоядерного боеприпаса, в котором находится плутониевый заряд и смесь дейтерия и трития в таких соотношениях, чтобы разрушительная мощность взрыва была минимальной, а основное поражающее действие обеспечивалось бы нейтронным и гамма-облучением. Нейтронная бомба должна уничтожать людей, оставляя не разрушенными города и другие материальные ценности.

Основными средствами доставки ядерных боеприпасов являются различного рода ракеты, авиация и артиллерия.

Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются ударная волна (на образование которой расходуется 50% энергии взрыва), световое излучение (35%), проникающая радиация (5%) и радиоактивное заражение местности (10%). Выделяются еще электромагнитный импульс и вторичные поражающие факторы.

Проникающая радиация. В момент взрыва, примерно в течение 15-20 секунд, вследствие ядерных и термоядерных реакций исходит очень мощный поток ионизирующих излучений: гамма-лучей, нейтронов, альфа- и бета-частиц. Но к проникающей радиации относятся только гамма-лучи и нейтронный поток, так как альфа- и бета-частицы имеют короткий пробег в воздухе и не обладают проникающей способностью.

Радиус действия проникающей радиации при воздушных взрывах 20-килотонной бомбы примерно выражается следующими цифрами: до 800 м – 100% смертность (доза до 10 000 Р); 1,2 км – 75% смертности (доза до 1000 Р); 2 км – лучевая болезнь I-II степени (доза 50-200 Р).

При взрывах термоядерных мегатонных боеприпасов смертельные поражения могут быть в радиусе до 3-4 км из-за больших размеров огненного шара в момент взрыва, при этом большое значение приобретает нейтронный поток. При взрыве нейтронной бомбы мощностью 1 тыс. тонн тротилового эквивалента, когда ударная волна и световое излучение поражают в радиусе 130-150 м, суммарное гамма-нейтронное излучение равняется: в радиусе 1 км – до 30 Гр (3000 рад), 1,2 км – 8,5 Гр; 1,6 км – 4 Гр, до 2км – 0,75-1 Гр.

Средством защиты от проникающей радиации могут служить различные укрытия и сооружения. Причем гамма-лучи сильнее поглощаются и задерживаются тяжелыми материалами с большой плотностью, а нейтроны лучше поглощаются легкими веществами.

Радиоактивное заражение местности. Не менее опасным поражающим фактором ядерного оружия является радиоактивное заражение местности. Особенность этого фактора заключается в том, что радиоактивному заражению подвергаются очень большие территории, а, кроме того, действие его продолжается длительное время (недели, месяцы и даже годы).

Так при испытательном взрыве, произведенном США 1 марта 1954 года в южной части Тихого океана в районе о. Бикини (10-мегатонной бомбы), радиоактивное заражение отмечалось на удалении до 600 км. При этом были поражены жители Маршалловых островов (267 человек), находившиеся на расстоянии от 200 до 540 км, и 23 японских рыбака на рыболовном судне, находившемся на расстоянии 160 км от центра взрыва.

Источниками радиоактивного заражения являются радиоактивные изотопы (осколки), образующиеся при делении ядер, наведенная радиоактивность и остатки непрореагировавшей части ядерного заряда.

Радиоактивные изотопы деления урана и плутония являются основным и наиболее опасным источником заражения. При цепной реакции деления урана или плутония ядра их делятся на две части с образованием различных радиоактивных изотопов. Эти изотопы в дальнейшем претерпевают в среднем по три радиоактивных распада с испусканием бета-частиц и гамма-лучей, превращаясь после этого в нерадиоактивные вещества (барий и свинец). Таким образом, в грибовидном облаке оказывается около 200 радиоактивных изотопов 35 элементов средней части таблицы Менделеева – от цинка до гадолиния.

Наиболее распространенными изотопами среди осколков деления являются изотопы иттрия, теллура, молибдена, йода, ксенона, бария, лантана, стронция, цезия, циркония и др. Эти изотопы в огненном шаре и грибовидном облаке как бы обволакивают радиоактивной оболочкой пылевые частицы, поднимающиеся с земли, в результате чего все грибовидное облако становится радиоактивным. Там, где оседает радиоактивная пыль, местность и все предметы оказываются зараженными РВ.

Наведенная радиоактивность возникает под действием нейтронного потока. Нейтроны способны взаимодействовать с ядрами различных элементов (воздуха, почвы и других предметов), в результате чего многие элементы становятся радиоактивными и начинают испускать бета-частицы и гамма-лучи.

Наибольшее значение из радиоактивных изотопов, образующихся при нейтронном облучении грунта, имеют марганец-52, кремний-31, натрий-24, кальций-45.

Однако наведенная радиоактивность играет сравнительно небольшую роль, так как занимает небольшую территорию (в зависимости от мощности взрыва в радиусе максимум 2-3 км), и при этом образуются изотопы преимущественно с коротким периодом полураспада.

Но наведенная радиоактивность элементов грунта и в грибовидном облаке принимает важное значение при термоядерных взрывах и взрывах нейтронных бомб, так как термоядерные реакции синтеза сопровождаются испусканием большого количества быстрых нейтронов.

Не прореагировавшая часть ядерного заряда представляет собой не разделившиеся атомы урана или плутония. Дело в том, что коэффициент полезного использования ядерного заряда весьма невысок (около 10%), остальные атомы урана и плутония не успевают подвергнуться делению, силой взрыва не прореагировавшая часть распыляется на мельчайшие частицы и оседает в виде осадков из грибовидного облака. Однако эта не прореагировавшая часть ядерного заряда играет незначительную роль. Это объясняется тем, что уран и плутоний имеют очень большие периоды полураспада, кроме этого, они испускают альфа-частицы и опасны только при попадании внутрь организма. Итак, наибольшую опасность представляют радиоактивные осколки деления урана и плутония. Общая гамма-активность этих изотопов чрезвычайно велика: через 1 мин после взрыва 20-килотонной бомбы она равна 8,2 • 10^п Ки.

При воздушных ядерных взрывах радиоактивное заражение местности в зоне взрыва не имеет практического значения. Объясняется это тем, что светящаяся зона не соприкасается с землей, поэтому образуется сравнительно небольшое, тонкое грибовидное облако, состоящее из очень мелкой радиоактивной пыли, которая поднимается вверх и заражает атмосферу и стратосферу. Оседание РВ происходит на больших площадях в течение нескольких лет (главным образом стронция и цезия). Наблюдается заражение местности только в радиусе 800-3000 метров в основном за счет наведенной радиоактивности, которая быстро (через 2-5 ч) практически исчезает.

При наземных и низких воздушных взрывах радиоактивное заражение местности будет наиболее сильным, так как огненный шар соприкасается с землей. Образуется массивное грибовидное облако, содержащее большое количество радиоактивной пыли, которая относится ветром и оседает по пути движения облака, создавая радиоактивный след облака в виде зараженной радиоактивными осадками полосы земли. Часть наиболее крупных частиц оседает вокруг ножки грибовидного облака.

При подземных ядерных взрывах очень интенсивное заражение наблюдается вблизи от центра взрыва, часть радиоактивной пыли относится также ветром и оседает по пути движения облака, но площадь зараженной территории меньше, чем при наземном взрыве той же мощности.

При подводных взрывах очень сильное радиоактивное заражение водоема наблюдается вблизи взрыва. Кроме этого, выпадают радиоактивные дожди по пути движения облака на значительных расстояниях. При этом также отмечается сильная наведенная радиоактивность морской воды, содержащей много натрия.

Характеристика видов излучения, их поражающее действие.

Особая опасность ядерного оружия заключается в том, что кроме небывало огромного разрушительного действия появляется еще опасный фактор – невидимые ионизирующие излучения, вызывающие лучевую болезнь: гамма-лучи, нейтронный поток, альфа и бета-излучения.

Альфа-частицы (α) представляют собой поток ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов, имеют массу 4 аем (атомные единицы массы) и положительный заряд +2.

Энергия излучений в ядерной физике измеряется электрон-вольтами (эВ). Электрон-вольт равен энергии, которую получает электрон при прохождении разности потенциалов 1 вольт. Производными единицами являются килоэлектрон-вольт (КэВ), равный 10³ эВ, и мегоэлектрон-вольт (МэВ), равный 10⁶ эВ. Фотоны солнечных лучей имеют среднюю энергию 8 эВ. Альфа-частицы движутся с энергией от 4 до 9 МэВ. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей способностью, дают высокую плотность ионизации (на 1см пути в воздухе образуют до 40 000 и более пар ионов). Пробег их в воздухе равен всего 5-11 см, в ткани проникают на глубину до 0,1 мм, они задерживаются даже листком бумаги. Но действие их внутри организма сильнее гамма-лучей.

Бета-частицы (β) – это поток электронов, имеющих отрицательный заряд и очень небольшую массу, в 1840 раз меньше массы протона. Эти частицы исходят из нейтронов атомного ядра, при этом нейтрон превращается в протон и атомный номер элемента увеличивается на одну единицу.

Различают мягкие бета-излучения с энергией до 1 МэВ и жесткие – с энергией до 2-5 МэВ. Пробег в воздухе достигает 10-20 м (мягких β-частиц – всего несколько сантиметров), в ткани они проникают на глубину 5-7 мм. Может быть также положительное бета-излучение, представляющее поток позитронов, то есть таких же частиц, как электроны, но имеющих положительный заряд.

Гамма-излучение (γ) – это электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновским лучам, состоящее из потока гаммаквантов энергии – фотонов, то есть элементарных частиц электрически нейтральных, не имеющих массы покоя, поэтому обладающих большой проникающей способностью в различные материалы и организмы. Различают мягкие гамма-лучи с энергией до 1 МэВ и жесткие, с энергией гамма-квант 1-10 МэВ (энергия фотонов рентгеновских лучей измеряется десятками и сотнями килоэлектрон-вольт).

Поток нейтронов (n) – это поток нейтральных частиц с массой 1,009 аем. Мощный поток нейтронов образуется в момент ядерного взрыва, в особенности при взрыве нейтронной бомбы. Быстрые нейтроны с энергией 1-10 МэВ обладают также большой проникающей способностью.

Пути воздействия продуктов ядерного взрыва на организм человека.

Лучевые поражения в результате внешнего облучения.

Под внешним облучением понимают такое, при котором источник излучения располагается на расстоянии от облучаемого объекта. Результатом внешнего облучения человека являются общие и местные лучевые поражения. Особенности течения лучевых поражений от внешнего облучения определяются видом излучения, дозой, распределением поглощенной дозы в объеме тела и во времени.

По виду воздействия различают лучевые поражения: 1) от гамма- или рентгеновского излучения, 2) от нейтронного излучения, 3) от бета-излучения (при внешнем воздействии альфа-излучения поражение не может возникнуть вследствие очень низкой проникающей способности альфа-частиц).

Рентгеновы и гамма-лучи, а также нейтроны высоких энергий характеризуются высокой проникающей способностью и оказывают повреждающее воздействие на все ткани, лежащие на пути пучка. При общем облучении в соответствующей дозе в этом случае развивается острая лучевая болезнь. Острая лучевая болезнь может быть вызвана и воздействием высокоэнергетичных электронов, генерируемых в специальных ускорителях.

Бета-излучение, исходящее от радиоактивных источников, находящихся вблизи человека, обладает невысокой проникающей способностью и может явиться причиной поражения только кожи и слизистых. Однако, добавляясь к воздействию гамма-излучения, эффект бета- воздействия может существенно утяжелить общее поражение.

Тяжесть лучевого поражения зависит, в первую очередь от дозы облучения. При общем внешнем гамма- или нейтронном облучении доза является основным фактором, определяющим развитие той или иной патогенетической формы ОЛБ и степени ее тяжести.