3.4. Особенности формирования радиационной обстановки

при ядерных взрывах

Ядерное оружие относится к оружию массового поражения, так как наносит поражение огромному количеству живых организ­мов и растений, а также производит разрушения на значительных территориях. В зависимости от способа получения ядерной энер­гии ЯБП делят на ядерные и термоядерные. Ядерные боеприпасы основаны на принципе деления ядерного горючего (в основном, тяжелых элементов таблицы Менделеева, относительная масса ко­торых больше, чем у урана). Термоядерные боеприпасы имеют мощ­ность на порядок выше, в них ЯБП часто играют роль взрывателя, а принцип действия основан на синтезе легких элементов (дейте­рий, тритий, литий).

Мощность ЯБП определяется количеством высвобождающей­ся при его взрыве энергии (тротиловым эквивалентом), то есть ко­личеством взрывчатого вещества (тротила), при взрыве которого вы­деляется столько же энергии, что и при взрыве рассматриваемого ЯБП. Тротиловый эквивалент (ТЭ) измеряется в тоннах, килотоннах или мегатоннах. Чтобы представить мощность ядерного взрыва, достаточно знать, что при взрыве 1 кг тротила образуется 1000 ккал, а 1 кг урана — 18 млрд. ккал. За всю вторую мировую войну союзни­ки сбросили на города Германии авиабомб ТЭ в 2,9 Мт. А сейчас созданы боеприпасы мощностью до 100 Мт.

По мощности ЯБП делят на: сверхмалые — менее 1 кг; малые — от 1 до 15 кт; средние — от 15 до 100 кт; крупные — от 100 кт до 1 Мт; сверхкрупные — при ТЭ свыше 1 Мт; нейтронные боеприпасы мощностью 0,5...2 кт. В зависимости от высоты ядерные взрывы делят на:

• высотные, если подрыв ЯБП произведен на высоте более 15 км;

• воздушные, если светящаяся область не касается поверхности земли. Воздушные взрывы в свою очередь делятся на высокие воздушные, если поднимающийся столб пыли не достигает светящейся области, и низкие воздушные, если такое касание произошло;

• наземные (надводные), если светящаяся область касается поверхности земли (воды);

• подземные (подводные), произведенные на глубине до 1 км.

Распределение энергии между поражающими факторами ядер­ного взрыва зависит от вида взрыва и условий, в которых он про­исходит (климат, рельеф местности, условия расположения ОЭ и его элементов, устойчивость ОЭ к воздействиям поражающих фак­торов). Распределение энергии для воздушного ядерного взрыва представлено в табл.3.3.

Иногда необходимо учитывать такие поражающие факторы, как огненный шар, сейсмические волны (при подземном взрыве ядер­ного фугаса), рентгеновское излучение и газовый поток (при вы­сотном ядерном взрыве для поражения средств воздушно-косми­ческого нападения последние два фактора эффективны при высоте взрыва более 60 км).

Таблица № 3.3.

Поражающие факторы ядерного взрыва

Наименование поражающего фактора	Расходуемая энергия, %
	в ядерном БП	в нейтронном БП
Ударная воздушная волна	50	40. ..7
Световое излучение	35	25. ..8
Проникающая радиация	4	30.. .80
РЗ местности	10	До 5
Электромагнитный импульс	1	—

Примечание. Конкретное распределение энергии взрыва между поражающими фак­торами нейтронного боеприпаса зависит от его компонентов и особенностей уст­ройства.

Ударная воздушная волна (УВВ) — наиболее мощный поражаю­щий фактор ядерного взрыва. УВВ образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, что приводит здесь к наличию огромного давления (до 10⁵ млрд Па) и температуры.

Световое излучение — это электромагнитные излучения в ульт­рафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Его ис­точником является светящаяся область (огненный шар), состоя­щая из смеси раскаленных продуктов взрыва с воздухом.

В зоне взрыва выделяется огромное количество энергии в не­значительном объеме за очень короткий промежуток времени при огромном давлении, что приводит там к резкому возрастанию тем­пературы. При возникшей огромной температуре материал оболочки ЯБП и другие вещества, оказавшиеся в зоне взрыва, испа­ряются. Таким образом, в зоне взрыва образуется некий объем рас­каленного воздуха и испарившихся веществ, который получил название «огненный шар». Размеры его зависят от мощности ЯБП. Продолжительность свечения огненного шара в зависимости от мощности ЯБП составляет от нескольких до десятков секунд.

В атмосфере лучистая энергия ослабляется из-за поглощения или рассеяния света частицами дыма, пыли, каплями влаги, поэтому необходимо учитывать степень прозрачности атмосферы. Падающее на объект световое излучение частично поглощается или отражается. Часть излучения проходит через прозрачные объекты: стекло окон пропускает до 90% энергии светового излучения, которое способно вызвать пожар внутри помещения. Таким образом, в городах и на ОЭ возникают очаги горения. Так, при ядерной бомбардировке Хироси­мы возник огневой шторм, который бушевал 6 часов. При этом центр города выгорел дотла (более 60 тыс. домов), а скорость ветра, на­правленного к центру взрыва, достигала 60 км/ч.

Проникающая радиация — это ионизирующее излучение, образу­ющееся непосредственно при ядерном взрыве и продолжающееся несколько секунд. Основную опасность при этом представляет поток гамма-излучений и нейтронов, испускаемых из зоны взрыва в окру­жающую среду. Источником проникающей радиации является цеп­ная ядерная реакция и радиоактивный распад продуктов ядерного взрыва.

Нейтроны вызывают наведенную радиацию в металлических предметах и грунте в районе взрыва. Ра­диус зоны поражения проникающей радиацией значительно мень­ше радиусов поражения ударной волной и световым импульсом.

От воздействия проникающей радиации темнеет оптика, засвечиваются фотоматериалы, происходят обратимые или необратимые изменения в материалах и элементах аппаратуры .

Радиоактивное заражение местности — это заражение поверх­ности земли, атмосферы, водоемов и других объектов радиоактив­ными веществами, выпавшими из облака, образованного ядер­ным взрывом.

Значение радиоактивного загрязнения 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 загрязнение местности может быть опасным на протяжении не­скольких суток и недель после взрыва.

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

Продукты деления, выпадающие из облака взрыва, представляют собой первоначально смесь около 80 изотопов 35 химических элементов средней части Периодической системы элементов Д. И. Менделеева от цинка (№30) до гадоли­ния (№64). Почти все образующиеся ядра изотопов перегружены нейтронами, являются нестабильными и претерпевают ) β-распад с испусканием γ-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. Примером цепочки радиоактивных превращений является распад ¹⁴⁰Cs, где показано, что каждое радиоактивное ядро, образовавшееся при делении, распадается" с испусканием β-частиц и γ- квантов до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп.

Всего на разных этапах радиоактивного распада возникает около 300 различных радионуклидов.

Образование наведенной активности в грунте в пределах зоны распространения нейтронов имеет практическое значение при воздушном ядерном взрыве. В грунте в основном образуются радиоактивные Мn-56, А1-28, Nа-24, Fe-59, количество которых пропорционально выходу нейтронов при взрыве данного ядерного заряда.

Состав земного грунта весьма разнообразен, однако перечень основных элементов включает всего 15 элементов, наведенная радиоактивность в грунте образуется не только в поверхностном слое, но и на некоторой глубине. Наибольшая активность на глубине 10-15 см.

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

На местности, подвергшейся радиоактивному загрязнению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака (рис. 3.3.). В свою очередь в районе взрыва различают наветренную и подветренную стороны. Причиной загрязнения местности в районе взрыва являются оседание осколков деления и образование наведенной активности. Плотность загрязнения местности, уровни радиации на ней и дозы до полного распада радиоактивных веществ на границах зон загрязнения убывают с удалением от центра взрыва. Радиус загрязнения района взрыва не превышает, как правило, 2 км. С подветренной стороны загрязнение местности в районе взрыва увеличено за счет наложения на след облака.

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

По степени опасности загрязненную местность по следу облака взрыва принято делить на следующие четыре зоны.

Зона А - умеренного загрязнения. Дозы излучения до полного распада РВ на внешней границе зоны Д_∞= 40 рад, на внутренней границе Д_∞= 400 рад. Ее площадь составляет 70-80% площади всего следа.

Зона Б - сильного загрязнения. Дозы на границах Д_∞= 400 рад и Д_∞= 1200 рад. На долю этой зоны приходится примерно 10% площади радиоактивного следа.

Зона В - опасного загрязнения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада РВ Д_∞=1200 рад, а на внутренней границе Д_∞= 4000 рад. Эта зона занимает примерно 8-10% площади следа облака взрыва.

Зона Г - чрезвычайно опасного загрязнения. Дозы излучения на ее внешней границе за период полного распада РВ Д_∞= 4000 рад, а в середине зоны Д_∞= 7000 рад., что составляет 3% площади следа.

Рис. 3.3 Схема радиоактивного загрязнения местности в районе взрыва и по следу движения облака

Рис. 1.4. Схема радиоактивного загрязнения местности в районе взрыва и по следу движения облака

Рис. 3.4. Распределение уровней радиации по следу радиоактивного облака:

1 — след радиоактивного облака; 2 — ось следа; 3 — уровень радиации вдоль оси следа; 4 — уровень радиации по ширине следа

Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 ч после взрыва составляют соответственно 8, 80, 240 и 800 рад/ч, а через 10 ч - 0,5; 5; 15 и 50 рад/ч. Со временем уровни радиации на местности снижаются по зависимости приблизительно 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.

О степени загрязнения радиоактивными веществами поверхностей различных объектов принято судить по мощности дозы γ-излучения вблизи загрязненных поверхностей, определяемой в миллиардах в час (мрад/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).

При оценке степени загрязнения поверхностей объектов обычно исходят из связи между плотностью загрязнения местности Q_m расп./(мин·см²), и уровнем радиации Р (рад/ч) на высоте 1 м от ее поверхности:

Q_m = 2 · 10⁷ · Р

При первичном загрязнении вооружения и военной техники оседающими аэрозолями (после прохождения шлейфа облака) относительная плотность за-грязнения их поверхностей в зонах умеренного и сильного загрязнения ориентировочно равна 10% плотности загрязнения окружающей местности. Следова­тельно, с учетом формулы плотность загрязнения вооружения и военной техники Qт можно определять по формуле: Qт = 2 · 10⁶ · Р

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