Проникаюча радіація ядерного вибуху

При вибусі ядерного боєприпасу протягом 10 – 15 секунд діє дуже потужне радіоактивне опромінювання, яке в своєму складі має альфа-, бета-, гама- і нейтронне випромінювання, їх загальна схожість - можливість іонізувати атоми і молекули речовини, в якій вони розповсюджуються.

Альфа-внпромінювання - це потік -частинок з початковою швидкістю 20 000 км/с. При -розпаді з ядра вилітає порівняно важка -частинка — ядро атома гелію. Енергія -частинки, що вилетіла досить висока — 5—10 МеВ — майже в мільйон разів більша від енергії електрону в атомі. В зв'язку з цим -частинки, проходячи через речовину, приводять в ній до значних змін внаслідок іонізації і збудження атомів.

-частинка взаємодіє з речовиною найефективніше тому, що має великий заряд і відносно малу швидкість. Внаслідок цього велика її іонізаційна можливість, а проникаюча радіація незначна. Аркуш паперу повністю затримує -частинки. Надійним захистом від -частинок при зовнішньому опроміненні є одяг людини.

Бета-випромінювання — це потік -частинок. -частинкою називається електрон або позитрон, який випромінює енергію і його швидкість близька до швидкості світла — 300 000 км/с, їх заряд менший, а швидкість більша, ніж у -частинок. В зв'язку з цим -частинки мають меншу іонізуючу і більшу проникаючу здатність, ніж -частинки.

В-частинки повністю поглинаються віконними та автомобільними заскленнями і металевими екранами товщиною в кілька міліметрів. Одяг людини поглинає близько 50% -частинок. Оскільки - і - випромінювання мають невелику здатні то вони більш небезпечні при попаданні в організм людини безпосередньо на шкіру, особливо в очі.

Гама-випромінювання—це електромагнітне випромінюванії яке виділяється ядрами атомів при радіоактивних перетворенях. -випромінювання супроводжується -розпадом, а деколи -розпадом. За своєю природою -випромінювання подібні рентгенівського. Воно має значно більшу енергію (менша довжина хвилі), яка випускається окремими порціями (квантами) розповсюджується зі швидкістю світла — 300 000 км/с. Гамакванти не мають електричного заряду. У зв'язку з цим іонізуюча можливість -випромінювання значно менша, ніж у бета- і альфа-частинок. Поряд з цим -випромінювання має найбішу проникаючу здатність і є основним фактором уражаючої дії радіоактивних випромінювань.

Нейтронне випромінювання є потіком нейтронів. Швидкість розповсюдження нейтронів досягає 20 000 км/с. Нейтрони не мають електричного заряду, тому легко проникають в ядра атомів і захоплюються ними. Нейтронне випромінювання має сильну вражаючу дію при зовнішньому опромінюванні.

Біологічна ефективність нейтронів у кілька разів більша ефективності гама-променів.

Основним параметром, який характеризує дію ядерного випромінювання, є доза опромінювання (доза радіації). Доза прямо пропорційна інтенсивності випромінювання і тривалості його дії. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційна доза характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гама-випромінювань у повітрі. Експозиційну дозу випромінювання вимірюють несистемною одиницею - рентгеном (Р). Один рентген - це така доза рентгенівського або гама-випромінювання, яка в 1 см сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (або точніше 2,08 • 10 ). На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірентген 1 Р = 1000 мР; 1мР = 10 Р) і мікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 10 Р).

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг). Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону.

Експозиційна доза в рентгенах досить надійно характеризує небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опроміненні організму людини.

Рентген показує кількість енергії (дозу), а не характеризує час, за який вона одержана. Для оцінювання дії іонізуючого випромінювання за одиницю часу застосовується поняття «потужність дози».

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) - це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Одиницею рівня радіації в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг), а несистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год).

Для оцінювання ступеню впливу радіації на організм людини введено поняття «поглинута доза».

Поглинута доза характеризує кількість енергії іонізуючого випромінювання, що поглинається одиницею маси опроміненої речовини. В системі СІ вона вимірюється в греях (1 Гр = 1 Дж/кг). госовується і позасистемна одиниця - рад (від англійського radiation absorber dose) (1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг).

Доза, яку одержує людина, залежить від виду випромінювання енергії, щільності потоку і тривалості впливу. Проте поглинута доза іонізуючого випромінювання не враховує того,що вплив на біологічний об'єкт однієї і тієї ж дози різних видів випромінювань неодинаковий. Щоб врахувати цей ефект, введено поняття еквівалентної дози.

Еквівалентна доза є мірою біологічного впливу на конкретну людину, тобто індивідуальним критерієм небезпеки, зумовленим іонізуючим випромінюванням. За одиницю вимірювання еквівалентної дози прийнятий зіверт (Зв). Зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для -, - та рентгенівського випромінювань). Позасистемною одиницею служить бер (біологічний еквівалент рентгена). Один бер - це доза будь-якого виду випроміння, яка створює в організмі такий самий біологічний ефект, як 1 рентген рентгенівського або гама-випромінювання. Доза в берах виражається тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань.

Співвідношення між одиницею еквівалентної дози в системі СІ і несистемною одиницею: 1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

Основою уражаючої дії проникаючої радіації є потік променів і нейтронів у зоні ядерного вибуху, які поширюються від центру вибуху в усі сторони і проходять відстань у сотні й тисячі метрів.

Характерною особливістю потоку гама-променів і нейтронів є здатність їх проникати через значні товщі різних предметів і речовин. На відміну від ударної хвилі і світлового випромінюв; проникаюча радіація є невидимим і безпосередньо невідчутним уражаючим фактором.

У повітрі гама-промені поширюються на сотні метрів. Проте, проходячи через щільну перепону, це випромінювання послабляються. Наприклад, гама-випромінювання стає у два рази слабшим при проходженні через 1,8 см свинцю або 14,4 см грунту. Від властивостей матеріалів і товщин захисного шару залежить ступінь ослаблення проникаючої радіації. Зниження інтенсивності гама-променів і нейтронів характеризується шаром половинного ослаблення- це шар речовини, при проходженні через якіий інтенсивність гама-променів або нейтронів зменшується у 2 рази. Його можна визначити за формулою

Де - шар половинного ослаблення, см;

- щільність матеріалу, г/см ;

23 - шар половинного ослаблення води, см.

Нейтрони мають значну проникаючу здатність, яка пояснюється тим, що вони є електрично нейтральними, тому не зазнають електричної взаємодії з ядрами або електронами атомів і молекул середовища. Під впливом нейтронів утворюється штучна або наведена радіоактивність хімічних елементів, які до цього не були радіоактивними. У результаті радіоактивного розпаду цих елементів будуть випускатися в навколишнє середовище бета- і гама-промені.

Уражаюча дія проникаючої радіації визначається властивістю гама-променів і нейтронів сильно іонізувати атоми середовища, в якому вони поширюються. Іонізуючи атоми і молекули, які входять до складу клітин, проникаюча радіація порушує функції окремих життєво важливих органів і систем. Через те, що іонізацію безпосередньо в тканинах виміряти неможливо, вимірюють іонізацію в повітрі і роблять перерахунки на тканини.

Гама-промені й нейтрони дуже небезпечні, тому що можуть швидко поширюватися (зі швидкістю світла), легко проникають в організм людини і уражають практично всі її органи і системи.

Проникаюча радіація небезпечна за своїми наслідками для здоров'я людини. Маючи велику енергію, гама-промені і нейтрони проникають глибоко в тканини організму, іонізують їх, а це призводить до променевої хвороби. Проникаюча радіація уражає кровотворні органи: кістковий мозок, лімфатичні залози, селезінку. Все це призводить до різкого зменшення кількості лейкоцитів і протистояння організму інфекційним захворюванням, зменшення кількості ериторцитів викликає кисневе голодування тканини, зменшує процес звертання крові, а це, в свою чергу, призводить до крововиливу в товщі шкіри і слизових оболонках.

Опромінення може бути одноразовим і багаторазовим. Одноразовою (однократною) вважають дозу опромінення, одержану перші 4 доби. Доза опромінення до 50 рентген, одержана за перші 4 доби, не викликає ураження і порушення працездатності, за вийнятком деяких змін в крові. Опромінення, отримане за час більший 4 діб, є багаторазовим. Залежно від отриманої дози радіації розрізняють чотири ступені променевої хвороби.

Променева хвороба 1-го (легкого) ступеня виникає при загальній поглинутій дозі випромінювання 100 - 200 рад. Інкубаційний період може тривати 2-3 тижні, після чого відчувається загальна слабкість, періодичне підвищення температури, почуття важкості в голові, запаморочення, нудота. В крові зменшується кількість білих кров'яних тілець. Променева хвороба першого ступеня виліковна.

Променева хвороба 2-го (середнього) ступеня виникає при загальній поглинутій дозі випромінювання 200 - 400 рад. Інкубаційний період продовжується близько тижня. Симптомами захворювання виражені яскравіше, важче нездужання, головні болі, підвищена температура тіла. Кількість лейкоцитів в крові, особливо лімфоцитів, зменшується наполовину. При активному лікуванні одужання наступає через 1,5 - 2 місяці. Можливі смертельні випадки до 20% всієї кількості хворих на променеву хворобу другого ступеня.

Променева хвороба 3-го (тяжкого) ступеня виникає при загальній поглинутій дозі 400 - 600 рад. Інкубаційний період триває декілька годин. Симптоми захворювання: тяжкий загальний стан, непритомність, крововилив в шкіру і слизові оболонки в області ясен. Кількість лейкоцитів, еритроцитів і тромбоцитів в крові різко зменшується. Внаслідок ослаблення захисних функцій організму виникають інфекційні захворювання. Якщо не проводити лікування, то в 200 з 270 випадків настає смерть, часто від інфекційних захворювань.

Променева хвороба 4-го (дуже важкого) ступеня виникає при поглинутій дозі більше 600 рад. Внаслідок такого опромінення у людини дуже тяжкий стан. Якщо лікування не проводити протягом двох тижнів, то наступає смерть у 100 % випадків.

Діючи на організм людини, іонізаційні випромінювання виявляють такі особливості:

• висока руйнівна ефективність поглинутої енергії, навіть мала доза може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі;

• наявність прихованого періоду уявного благополуччя (при опроміненні малими дозами він може бути довгим);

• випромінювання має генетичний ефект, тобто впливає не тільки на даний організм, а й на його нащадків;

• різні органи організму мають не одинакову чутливість до опромінення;

• найбільш чутливі кровотворні органи (кістковий мозок, селезінка), щитовидна залоза, статеві й внутрішні органи, молочні залози;

• вплив опромінення залежить від частоти впливу іоніза­ційних випромінювань, одноразове опромінення у великій дозі призводить до тяжчих наслідків, ніж багаторазове у не­великих дозах;

• вплив від малих доз може підсумовуватися чи накопичува­тися, це називається кумуляцією.

Вплив на організм іонізуючого опромінення призводить до складних хімічних, фізичних і біологічних процесів.

Під впливом опромінення вода тканин організму розкладається на водень (Н) та гідроксильну групу (ОН), що утворюють оксид Н0 і перекис водню Н 0 - продукти з високою хімічною активністю. Вступаючи в реакцію з молекулами білка, ферментів інших структурних елементів тканини, вони руйнують її. У результаті цього уповільнюється та зупиняється зростання тканин, порушуються обмінні процеси, пригнічується активність ферментних систем, з'являються токсини - хімічні сполуки, не властиві організму, що порушують життєдіяльність окремих функцій і систем організму.

Радіоактивні речовини, потрапляючи в організм людини, переважно уражають ті тканини та органи, в яких відкладаються: стронцій - у кістках, цезій -ум язах, уран і плутоній - у печії, нирках, товстому кишечнику, йод - у щитовидній залозі.