Ядерний удар з використанням ядерної або термоядерної зброї масового ураження

Тема 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОГНИЩ УРАЖЕННЯ ПРИ РАДІАЦІЙНИХ ІНЦИДЕНТАХ.

Учбова мета: ознайомитися зі станом радіаційної небезпеки в Україні, знати загальні характеристики основних видів радіаційних інцидентів, вміти прогнозувати втрати серед населення під час цих інцидентів та використовувати засоби запобігання та захисту населення.

На території України на даний час (станом на 2013 р.) експлуатується чотири атомні станції (Запорізька 6 реаторів типу ВВЕР-1000, Рівненська 2 реактори типу ВВЕР-1000 та 2 ВВЕР-440, Хмельницька 2 реатори тапу ВВЕР-1000, Південно-Українська 3 реактори ВВЕР-1000) з 15 енергоблоками та законсервована Чорнобильська станція із шістьма енергоблоками типу РВПК-1000. Найближчі потенційно небезпечні АЕС знаходяться на території Росії (Курська з 4 реакторами РВПК-1000, Ростовська з 2 реакторами ВВЕР-1000, Нововороніжська з 2 реаторами ВВЕР-440 та 1 реактором ВВЕР-1000). На території України працюють п'ять державних міжобласних спеціалізованих комбінатів (ДМСК) та один державний спеціалізований комбінат (ДСК) із захоронення та тимчасового зберігання радіоактивних відходів. Спеціалізовані комбінати розташовані в різних містах України і працюють за регіональним принципом: Дніпропетровський ДМСК; Київський ДМСК; Львівський ДМСК; Одеський ДМСК; Харківський ДМСК; Донецький ДСК. Також на території України розташовано 2 науково-дослідних ядерних реактори та більше 8 тис. підприємств і організацій, які використовують радіоактивні ізотопи у своїй діяльності. Отже така скупченість на території України потенційно небезпечних об’єктів, які використовують радіоактивні матеріали, а також погане державне фінансування, рано чи пізно можуть призвести до різного роду небезпечних радіаційних інцидентів. Тому треба знати, чого можна чекати і якщо трапилась радіаційна НС, вміти грамотно діяти під час неї.

До основних типів радіаційних інцидентів можна віднести:

1. ядерний удар з використанням ядерної та термоятерної зброї масового ураження;

2. аварії з викидом радіоактивних речовин:

· аварії на атомних станціях;

· аварії на підприємствах з виготовлення та переробки ядерного палива;

· аварії при транспортуванні, зберіганні та захороненні радіоактивних матеріалів тощо.

3. використання радіоактивних матеріалів у вибухівках («брудні бомби») тощо.

Даний тип радіаційного інциденту на території України маловірогідний, оскільки Україна з 1992 р. прийняла без’ядерний статус. Однак це не дає повної гарантії ядерної безпеки для країни, та її громадян.

Потужність ядерної зброї виражається тротиловим еквівалентом – кількістю тротилового заряду в тоннах, енергія вибуху якого дорівнює енергії вибуху даного ядерного заряду.

За потужністю ядерні боєприпаси діляться на надмалі (потужністю менше - 1 кт), малі (1 – 10 кт), середні (10 – 100 кт), великі (100 кт – 1 Мт) і надвеликі (більше 1 Мт).

Ядерна зброя – є зброєю вибухової дії і заснована на використанні енергії, що виділяється при ядерних перетвореннях. Вона буває ядерна і термоядерна.

Ядерна зброя заснована на використанні внутрішньоядерної енергії, що миттєво виділяється у результаті ланцюгової реакції при діленні деяких ізотопів урану, плутонію (урану-235, 233 або плутонію-239, 240 та деяких інших).

В основу термоядерної зброї покладене використання енергії, що миттєво вивільняється при синтезі (з’єднанні) ядер легких елементів (ізотопів водню – дейтерію і тритію). Ця реакція супроводжується виділенням значно більшої кількості енергії ніж при реакції ділення важких ядер.

Ядерний вибух може бути у повітрі на різній висоті (повітряний та висотний вибухи), на поверхні землі (наземний вибух), під землею (підземний вибух), під водою (підводний вибух), над водою (надводний вибух). Місце на поверхні землі, над якою зроблений ядерний вибух, називають епіцентром (центром) вибуху.

Наземні ядерні вибухи здійснюють для руйнування споруд великої міцності, а також у тих випадках, коли бажане сильне радіоактивне забруднення місцевості.

Повітряні ядерні вибухи здійснюють для руйнування маломіцних споруд, ураження людей, техніки на великих площах або тоді, коли сильне радіоактивне забруднення небажане.

Розподіл енергії між уражаючими факторами ядерного вибуху залежить від виду вибуху й умов, у яких він відбувається.

При ядерному вибуху діють п’ять уражаючих факторів: ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація, радіоактивне зараження і електромагнітний імпульс.

При вибуху ядерного заряду на поверхні землі або при низовому атмосферному вибуху, приблизно до 50% енергії вибуху витрачається на утворення ударної хвилі, до 35% – на світлове випромінювання, до 4÷7 % – на проникаючу радіацію, до 8÷10 % – на радіоактивне забруднення, а на електромагнітний імпульс витрачається дуже незначна частина (за різними даними вона складає від мільйонної частки відсодка до 1 %).

Для вибуху нейтронного боєприпасу характерні ті ж уражаючі фактори, але по-іншому розподіляється енергія вибуху: 40% – на утворення ударної хвилі, 25% – на світлове випромінювання, 30% – на утворення – проникаючої радіації, 5% – на радіоактивне забруднення [2, 31, 48].

Ударна хвиля – основний фактор уражаючої дії ядерної зброї, являє собою область сильно стиснутого повітря, що рухається з надзвуковою швидкістю в усі сторони від центру вибуху.

Основні параметри ударної хвилі це: надлишковий тиск у фронті ударної хвилі, тиск швидкісного напору чи швидкість повітря за фронтом ударної швилі, тривалість дії хвилі.

Надлишковий тиск Δ Р_Ф у фронті ударної хвилі – це різниця між максимальним тиском у фронті ударної хвилі Р_Ф і нормальним атмосферним тиском Р_о перед цим фронтом вимірюється у кПа чи кг/см² (100 кПа дорівнює 1 кг/см²).

Надлишковий тиск на фронті ударної хвилі можна розраховувати за такими виразами [4]:

· для наземного вибуху

· для повітряного вибуху

де Δ Р_Ф – надлишковий тиск у кг/см²;

q_TNT – маса тринітротолуолу (для ядерних боєприпасів q_TNT = 0,5· q ·0,001 де q – тротиловий еквівалент ядерного боєприпасу виражений у кт), кг;

R – відстань точки спостереження від центру вибуху, м;

Залежно від величини надлишкового тиску можуть виникати травми людей різного ступеня важкості:

· легкі, коли надлишковий тиск Р_Ф лежить у межах 20 − 40 кПа (0,2-0,4 кг/см²). Характеризуються вивихами, синцями, тимчасовим ушкодженням слуху, головним болем. В окремих випадках слід госпіталізувати потерпілого на 7 − 10 днів;

· середньої важкості − Р_Ф в межах 40 − 60 кПа (0,4-0,6 кг/см²). Супроводжуються серйозною контузією, переломами кісток кінцівок, ребер, ушкодженням органа слуху, кровотечею з носа, вух, сильними вивихами, потребує госпіталізації до 1-2 місяців;

· важкі − Р_Ф = 60 − 100 кПа (0,6-1,0 кг/см²). Сильна контузія всього організму, переломи черепа, хребта, таза, розриви внутрішніх органів, потребує негайної госпіталізації від 2 місяців;

· вкрай важкі − Р_Ф більш ніж 100 кПа (більше 1,0 кг/см²). Такі ураження закінчуються загибеллю людей у першу добу після ураження. Ураження в цьому випадку такі ж за характером, як і при важких травмах, але більш серйозні.

Ударна хвиля уражає незахищених людей, руйнує або пошкоджує будинки, техніку і виробниче устаткування. Люди можуть постраждати від уламків будинків, що руйнуються, летячих каменів, осколків скла і т.д.

Для типових міських виробничих та житлових будівель орієнтовні значення надлишкового тиску, що спричиняє руйнування того чи іншого ступеня,такі:

· Δ Р_Ф більш ніж 50 кПа (більше 0,5 кг/см²) - повне руйнування будівлі, обрушення перекриттів й руйнування всіх несучих конструкцій, відновлення неможливе. Зона характеризується суцільними завалами та повними безповоротними втратами серед населення 90-100 % та санітарними втратами 10 %;

· Δ Р_Ф 50 − 30 кПа (0,5 -0,3 кг/см²) - сильні руйнування, зруйнована більша частина несучих конструкцій та стін, відновлення можливе однак недоцільне. Зона характеризується утворенням місцевих та повних завалів та масовими безповоротними втратами серед населення до 55 % та санітарним втратами до 15 %;

· Δ Р_Ф 30 − 20 кПа (0,3 – 0,2 кг/см²) - середні руйнування, зруйновані здебільшого другорядні елементи об’єкту (руйнування даху, вікон, перегородок, горищ, верхніх поверхів), які можуть бути відновлені після середнього та капітального ремонту. Зона характеризується утворенням місцевих, осередкових і повних завалів та безповоротними втратами серед населення до 20% та санітарними втратами 30%;

· Δ Р_Ф 20 − 10 кПа (0,2 – 0,1 кг/см²) - слабкі руйнування, об’єкт не виходить із ладу (пошкодження аба руйнування дахів, віконих та дверних пройомів), необхідне проведення незначного косметичного ремонту. Зона характеризується утворенням окремих місцевих завалів та до 15 % санітарних втрат.

Для розрахунку відстані, до якої доходить ударна хвиля з надлишковим тиском (Δ Р_Ф), можна використовувати наступну емпіричну залежність [9, 12, 48]:

де R – відстань від точки спостереження до центру вибуху, км;

Δ Р_Ф – значення надлишкового тиску в діапазон від 0,1 до 1,0 кг/см²;

a, b – емпіричні константи, які залежать від типу вибуху (наземний чи повітряний) та заряду у тротиловому еквіваленті (в діапазоні від 1 до 10 000 кт):

· для наземного вибуху , ;

· для повітряного вибуху , .

Швидкість розповсюдження ударної хвилі можна обрахувати за формулою:

де С_ф – швидкість розповсюдження ударної хвилі, м/с;

340 – швидкість звуку у повітрі, м/с;

Δ Р_Ф – надлишковий тиск у кг/см².

Так, наприклад приблизна швидкість проходження ударної хвилі 2 км – 4 сек, 5 км – 9 сек, а 10 км – 22 сек.

Швидкість повітря за ударною хвилею можна обрахувати за формулою:

де u – швидкість ударної хвилі, м/с;

Δ Р_Ф – надлишковий тиск у кг/см².

Так, при величині надлишкового тиску 0,1 кг/см² (10 кПа) швидкість повітря за ударною хвилею, еквівалентна сильній бурі і дорівнює 23 м/с, при 0,2 кг/ см² (20 кПа) швидкість повітря еквівалентна дуже сильному урагану (45 м/с), а при 0,4 кг/см² (40 кПа) швидкість повітря еквівалентна швидкості вихора у смерчі (84 м/с).

Світлове випромінювання ядерного вибуху – це електромагнітне випромінювання оптичного діапазону у видимій, ультрафіолетовій та інфрачервоній ділянках спектра. Джерелом світлового випромінювання є вогняна куля, яка виникає при ядерному вибуху. До її складу входять розжарені продукти вибуху і повітря. Коли така куля досягає максимальних розмірів (діаметр понад 200 м), температура на її поверхні дорівнює 8000 — 10 000 °С.

Розміри вогняної кулі залежать від потужності ядерного вибуху та його виду. Так, наприклад максимальний діаметр вогняної кулі при повітряному та наземному вибусі можна обчислити за формулами [6, 48]:

(у повітрі) та (на землі)

де D – максимальний діаметр вогняної кулі, м;

q – тротиловий еквівалент ядерного вибуху, кт.

Якщо вибух відбувався на висоті, яка дорівнює чи менша за діаметр вогняної кулі то частина грунту випаровується (приблизно 4÷20 т грунту на 1 кт потужності заряду) і формує в подальшому радіоактивні опади на значній території розмір частинок при цьому від 6 – 60 мкм до кількох мм.

Приблизні параметри воронки, яка утворюється при наземному вибуху ядерного заряду можна обчислити за наступними формулами [11, 12, 48]:

та

де D – максимальний діаметр воронки, м;

Н – глибина воронки, м;

q – тротиловий еквівалент ядерного вибуху, кт.

Основним параметром, що визначає уражуючу дію світлового випромінювання ядерного вибуху, є світловий імпульс – це кількість світлової енергії Дж, яка припадає на 1 м² освітлюваної поверхні, розташованої перпендикулярно до напрямку розповсюдження випромінювання за весь час випромінювання. У системі СІ світловий імпульс вимірюється в джоулях на квадратний метр (Дж/м²). Світловий імпульс зменшується зі збільшенням відстані від центру вибуху і стану атмосфери внаслідок розсіювання і поглинання випромінення. Дощ, сніг, туман, дим поглинають світлове випромінювання, знижують його потужність і уражуючу силу в декілька разів.

Приблизне значення світлового імпульсу від ядерного вибуху на відстані R, можна розрахувати двома способами – за енергією, яка витрачається на світлове випромінювання та температурою вогняної кулі:

1. За енергією, яка витрачається на світло [2, 31]:

або

де I – світловий імпульс, Дж/м²;

k – коефіцієнт прозорості повітря, який приймається в межах 0,12-0,98;

φ – енергетична доля світлового випромінювання від потужності заряду, 0,25-0,35;

Е – приблизна кількість енергії, що виділяється на 1 кт заряду плутонію 239, (за даними літератури це приблизно 4,64·10¹² Дж =1,45·10²³ ділень ·200·10⁶ еВ/ділення ·1,6·10^-19 Дж/еВ), що еквівалентно 50 г плутонію 239 чи урану 235;

q – тротиловий еквівалент заряду, кт;

π – число π, що дорівнює 3,14;

R – відстань від осередка вибуху, м.

2. За темперетурою вогняної кулі [48]:

або

де I – світловий імпульс, Дж/м²;

k₀ – ступінь чорноти поверхні вогняної кулі 0,7-0,9;

σ – константа Стефана-Больцмана , Дж/(с·м²·К⁴);

Т₀ – температура поверхні вогняної кулі ядерного вибуху ≈ 8000÷10000 К;

0,1 – частка часу існування вогняної кулі, яка йде на розігрів;

t – час існування вогняної кулі, с;

R₀ – максимальний радіус вогняної кулі, м;

R – відстань від осередка вибуху, м.

Тривалість світлового імпульсу вимірюється в секундах і залежить від потужності ядерного боєприпасу. Обчислити приблизну залежність тривалості світлового імпульсу від потужності ядерного заряду чи навпаки можна за формулами [9, 11]:

або

де t – тривалість світлового імпульсу, сек;

q – тротиловий еквівалент заряду, кт.

Світлове опромінювання при безпосередній дії на незахищену людину викликає опіки відкритих частин тіла, тимчасове осліплення й опіки від полум’я палаючих будівель, споруд, рослинності, палаючого або тліючого одягу. Опіки поділяють на 4-ри ступеня.

Таблиця 3.1 Дія світлового випромінювання на відкриті ділянки шкіри людини*
Світловий імпульс, кДж/м^2	Ступінь опіку	Симптоми ураження
80-160	І	Почервоніння шкіри, болючість
160-400	ІІ	Пухирі, сильний біль
400-600	ІІІ	Омертвіння шкіри, утворення виразок
> 600	ІV	Обвуглювання шкіри і підшкірних тканин

* в літньому одязі для досягнення того ж ступеня опіку значення світлового імпульсу підвищується у два рази, а для зимового одягу у чотири рази.

В осередку ядерного ураження виникають три зони пожеж:

1. зона пожеж у завалах (тління); на зовнішній границі цієї зони світловий імпульс складає 1700÷2400 кДж/м²;

2. зона суцільних пожеж, на зовнішній границі світловий імпульс складає близько 400÷600 кДж/м²;

3. зона окремих пожеж, на зовнішній границі світловий імпульс складає близько 100÷200 кДж/м².

Проникаюча радіація — це потік гамма-випромінювання та нейтронів, які утворюються під час ядерного вибуху внаслідок ядерних реакцій та радіоактивного розпаду продуктів поділу. На проникаючу радіації витрачається 4÷7 % енергії вибуху. Тривалість проникаючої радіації не більше 10-15 с.

Характерною особливістю потоку гамма-променів і нейтронів є здатність їх проникати через значні товщі різних предметів і речовин. Зниження інтенсивності гамма-променів і нейтронів характеризується шаром половинного ослаблення. Його приблизне значення для різних матеріалів можна оцінити по їх густині за формулою:

де d_½ – шар половинного ослаблення для гамма-променів у матеріалі, м;

230 – константа половиного ослаблення для води, кг/м²;

ρ – густина матеріалу, кг/м³.

Опромінення порушує нормальну діяльність організму, що проявляється у вигляді детерміниських проявах - це різні ступені променевої хвороби та стохастичних ефектах у вигляді онкологічних захворювань різних органів.

Для характеристики джерела у якому відбуваються радіаційні перетворення елементів, використовують поняття активності. Активність радіоактивних елементів визначається кількістю ядер, які перетворюються в одиницю часу. При цьому активність вимірюється в бекерелях (1 Бк – це активність радіонукліду в джерелі, в якому за 1 с відбувається 1 акт перетворення) або кюрі (1 Ки – активність радіонукліду в джерелі в якому за 1 с відбувається актів перетворення).

Мірою впливу випромінювання у будь-якому середовищі є величини, які називаються дозами випромінювання. Розрізняють дозу опромінення та дозу поглинання [18].

Доза опромінення (експозиційна доза) – це величина, яка характеризує кількість випромінювання у середовищі та вимірюється за іонізаційною дією на повітря. Вимірюється у рентгенах (Р). 1 рентген – це доза, при якій в 1 мл повітря за н.у., утворюється пар одновалентних іонів й пов’язано з витратою Дж/кг.

Доза поглинання – енергія випромінювання, яка поглинена одиницею маси опроміненої речовини. Вимірюється у радах (1 рад - 0,01 Дж/кг) або греях (1 Гр – 1 Дж/кг, 1 Гр = 100 рад).

Величина, яка визначає біологічну дію випромінювання на організм та яка вимірюється у біологічному еквіваленті рентгена, називається бером, інша величина, яка аналогічна біологічному еквіваленту грея називається зивертом (1 бер = 1 Р; 1 бер = 0,01 Зв). Це так звані еквівалентні дози, які використовуються для оцінювання можливої шкоди здоров’ю людини для різних видів випромінювання гамма, бета, альфа чи нейтронним, оскільки вони мають різний ступінь ураження біологічних об’єктів. Еквівалентна доза розраховується за формулою:

де H – еквівалентна доза, яка вимірюється у берах чи зівертах;

D – доза поглинання, яка вимірюється у радах чи греях;

Q – коефіцієнт якості різного виду випромінювання (для гама, рентгенівського та бета- випромінювання він дорівнює 1, для нейтронів 3-10, для альфа- випромінювання та важких ядер віддачі 20).

Ступінь і розвиток променевої хвороби у людей і тварин залежить від дози опромінення, яку одержав організм, що відображено нижче у таблиці. Характеристикою летальності проникаючої радіації прийнято показник LD₅₀ — величину поглинутої дози радіації, за якої 50 % осіб, що зазнали опромінення, вмирають через декілька днів або тижнів. Вважається, що ця величина знаходиться в межах від 300 до 600 бер (або 3-6 Зв).

За різними даними [44, 47, 52], додатковий ризик онкологічних захворювань в опроміненій групі людей на кожен 0,1 Зв опромінення складає 0,5-1 % (для 1 Зв відповідно 5-10 %) у порівнянні із контрольним рівнем онкозахворювань людей, які живуть на даній місцевості і не опромінювалися. Максимум імовірності появи онкологічних захворюваннь у опромінених людей для лейкозу припадає на 5-8-й рік після опромінення, а для інших форм раку на 15-20-й рік після опромінення.

Таблиця 3.2 Ступені важкості променевої хвороби
Ступінь, доза, бер (Зіверт)	Первинна реакція*	Прихований період	Прогноз
І (легка) 100-200 (1-2)	Через 2-3 години після опромінення	14-21 діб	Без лікування одужує до 95%
ІІ (середня) 200-400 (2-4)	Через 1-2 години після опромінення	До 7 діб	Смертність без лікування 30-50%, з лікуванням 15-30%.
ІІІ (важка) 400-600 (4-6)	Через 20-40 хвилин після опромінення	До декількох годин	Смертність без лікування 95-100%, з лікуванням 50%.
ІV (дуже важка) 600-1000 (6-10)	Через декілька хвилин	20-30 хвилин після опромінення	Смертність без лікування 100%, з лікуванням ≥ 90%.

* Первинна реакція проявляється у таких симптомах: нудота, блювота, діарея, головний біль, слабкість, підвищення темперетури тіла, гіперімія шкіри.

За звичайних умов для персоналу, що працює з радіоактивними речовинами максимальна доза оцінюється у 5 бер/рік, а для населення 0,5 бер/рік. Припустимі дози за умов надзвичайної ситуації: за 1 добу – не більше 25 бер, за 4 доби – не більше 50 бер, за 10 діб не більше 100 бер впродовж 3 місяців - не більше 200 бер, за рік не більше 300 бер [32].

Дозу проникаючої радіації D_γ+n, яку може отримати людина під час ядерного вибуху на відстані R наближено можна обчислити за формулами:

або за емпіричною формулою знайденою за даними у джерелі [9]:

де D_γ/n – доза проникаючої радіації для гамма чи нейтронного випромінювання, Зв;

D_γ+n – сумарна доза проникаючої радіації для гамма та нейтронного випромінювання, Зв (при співвідношенні енергій гамма та нейтронного випромінювання ~1:1);

k_γ/n – коефіцієнт якості випромінювання, для гамма гамма- випромінювання дорівнює 1; для нейтронного випромінювання 10;

N_γ/n – приблизна кількість частинок, які виділяються під час вибуху на 1 кт заряду, (за даними літератури [33], це приблизно (від 0,2 до 1)·10²³ шт / 1 кт для гамма- квантів та близько 1·10²³ шт / 1 кт для нейтронів);

Е_γ/n – енергія частинок за даними літератури [33], це приблизно на гамма- квант та на нейтрон;

q – тротиловий еквівалент заряду, кт;

d_½ – шар половинного ослаблення для гамма- променів у повітрі дорівнює 230 м (для фотонів із сереньою енергією 7 МеВ), для нейтронів приблизно 135 м (із середньою енергією 5 МеВ);

R – відстань від осередка вибуху, м;

R₀ – радіус вогняної кулі, м (використовують тільки при розрахунках нейтронної дози);

m – вага людини, яка припадає на її площу вертикальної проекції, (в середньому маса людини 70 кг, а її загальна поверхня тіля ≈ 2 м², тоді площа проекції у фас ≈ 1 м²), 70 кг/м².

Радіоактивне забруднення. Серед уражаючих факторів ядерного вибуху радіоактивне забруднення займає особливе місце, тому що його дії зазнає не тільки район, що прилягає до місця вибуха, але й місцевість, яка віддалена на десятки й навіть сотні кілометрів. При цьому на великих площах і на тривалий час утворюється забруднення, небезпечне для людей, тварин і рослин. Треба відмітити, що радіоактивне забруднення місцевості відбувається при наземному вибуху ядерного заряду, а при повітряному забруднення майже не відбувається, оскільки радіоактивні продукти поділу підіймаються на велику висоту й розсіюються по земній кулі.

Сумарна активність суміші продуктів ділення, через 1 хв після вибуху може бути визначена за формулою [6, 11]:

де А_γ+β – сумарна активність продуктів ділення, Ки;

q – тротиловий еквивалент заряду, т.

За іншим джерелом [51], гама-активність суміші продуктів ділення 1 кт плутонієвого заряду після вибуху на 1-шу годину дорівнює приблизно 430 МКи, при середній енергії гама-квантів 0,7 МеВ / квант.

Джерелами радіоактивного забруднення на місцевості є: продукти поділу вибухової речовини, наведена радіоактивність ґрунту й інших матеріалів, неподілена частина ядерного заряду.

Ці ізотопи нестабільні, вони зазнають бета-розпаду з випромінюванням гамма-квантів. З плином часу, який пройде після вибуху, величина активності осколків поділу спадає.

Наведена активність у ґрунті обумовлена створенням за рахунок дії нейтронів низки радіоактивних ізотопів, наприклад, алюмінію-28, натрію-24, марганцю-56 тощо. Максимальна наведена радіоактивність створюється тоді, коли вибухає нейтронний боєприпас.

Неподільна частка ядерного заряду містить у собі альфа-активні ізотопи плутонію-239, урану-235, урану-238, інколи торію-232.

Після вибуху наземного ядерного боєприпасу радіоактивні продукти підіймаються в купі з хмарою пилу та грунту який випарувався (за даними літератури кількість грунту яка випаровується приблизно складає 4 т на 1 кт заряду) на декілька кілометрів у висоту. При цьому вони перемішуються з оплавленими часточками ґрунту й під дією висотних вітрів розповсюджуються на великі відстані випадають, забруднюючи місцевість, як у районі вибуху, так і за шляхом пересування хмари. На місцевості створюється забруднена зона, яка називається слідом радіоактивної хмари.

Залежність деяких параметрів радіоактивної хмари від тротилового еквіваленту вибуху наведена нижче за емпіричними формулами, які були знайдені за даними джерела [6]:

та

де D_хм – приблизний діаметр хмари, км;

q – тротиловий еквивалент заряду, кт;

H_хм – максимальна висота підйому хмари, км.

Слід радіоактивної хмари після ядерного вибуху має форму витягнутого еліпса за ідеальних умов на рівнині при незмінних швидкостях та напрямку вітру. Він умовно поділяється на чотири зони: помірного забруднення, або зону А, сильного забруднення – зону Б, небезпечного забруднення – зону В, надзвичайно небезпечного забруднення, або зону Г. Межі зон радіоактивного забруднення, які мають різний ступінь небезпечності для людей, характеризують дозою випромінювання (D_∞) до повного розпаду радіоактивних речовин та рівнем радіації на місцевості (Р₁), який розраховується на першу годину з моменту вибуху. Доза до повного розпаду є величиною розрахунковою:

де Р₁ – рівень радіації через годину після вибуху, Р/год;

t₁ – одна година після вибуху.

Величину рівня радіації у будь-якій точці зони радіоактивного забруднення території після ядерного вибуху можна орієнтовно визначити за формулою [7]:

де Р_t – рівень радіації на забрудненій території на час t, Р/год;

t – час після вибуху, годин;

q – тротиловий еквивалент заряду, кт;

R – відстань від осередка вибуху, км;

υ – середня швидкість вітру, км/год;

В – відстань від вісі сліду, км.

Нижче наводяться розрахунки приблизних меж зон радіоактивного забруднення у вигляді еліпсів при швидкості вітру 25 км/год за емпіричними формулами, які були знайдені за даними джерела [34]:

;

;

;

;

де B_N – приблизна ширина зон, км;

q – тротиловий еквівалент заряду, кт;

P – рівень радіації на межі зони (8 Р/год для зони А; 80 Р/год для зони Б; 240 Р/год для зони В; 800 Р/год для зони Г), Р/год;

L_N – приблизна довжина зон, км;

S_А,Б,В,Г – площа зони А, Б, В, Г у км².

На межах зони А: D_∞ = 40 ÷ 400 рад, Р₁ = 8 ÷ 80 Р/год. Частка зони від площі усього радіоактивного сліду складає 60-70 %. Як правило, роботи при знаходженні людей всередині будівель та споруд, які розміщені на зовнішній межі зони А, не припиняються. Біля внутрішньої межі або всередині зони роботи на відкритій місцевості повинні припинятися на декілька годин.

На межах зони Б: D_∞ = 400 ÷1200 рад, Р₁ = 80 ÷ 240 Р/год. Частка зони Б складає 15-20 % від усієї площі сліду. Усі роботи в цій зоні припиняються на термін до однієї доби, а люди укриваються в захисних спорудах, підвалах та інших укриттях, або евакуюються.

На межах зони В: D_∞ = 1200 ÷ 4000 рад, Р₁ = 240 ÷ 800 Р/год. Частка зони складає 7-13 % від усієї площі сліду. Усі роботи в цій зоні на об’єктах припиняються на термін від однієї до чотирьох діб, а люди укриваються в захисних спорудах чи евакуюються.

На зовнішній межі зони Г: D_∞ = 4000 рад, Р₁ = 800 Р/год, усередині зони близько D = 10 000 рад. Частка зони Г складає 7 % від площі радіоактивного сліду. Роботи на об’єктах господарювання у середині зони припиняються на четверо й більше діб, люди захищаються в сховищах.

З плином часу внаслідок природного розпаду радіоактивних речовин рівень радіації на забрудненій радіонуклідами місцевості зменшуються. В продовж року зменшення рівня радіації підкоряється залежності:

або відносний рівень радіації

де Р – рівень радіації на любий заданий час від моменту вибуху, Р/год;

Р₁ – рівень радіації через годину після вибуху, Р/год;

m – коефіцієнт, який для продуктів ядерного вибуху дорівнює 1,2;

t – час, який сплинув після ядерного вибуху, години.

Рівні радіації на місцевості залежать від виду, потужності ядерного заряду, рельєфу, наявності лісових масивів, метеорологічних та геологічних умов. Залежність відносного рівня радіації від часу при ядерному вибуху, зображена в таблиці 3.3. З таблиці видно, що після двох діб (48 годин) рівень радіації падає до 1 % від рівня радіації на першу годину, який прийняли за 100 %. На час воєних дій, місцевість вважається забрудненою тоді, коли рівень радіації, який замірено на висоті 0,7 – 1 м, становить 0,5 Р/год і більше. При таких рівнях слід застосовувати засоби захисту.

Таблиця 3.3 Залежність відносного рівня радіації від часу при ядерному вибуху
Р/Р1, %	100,00	43,53	18,95	8,25	3,59	2,21	0,96	0,59	0,42	0,21	0,005
Час, години

Для розрахунку дози D, яку отримує людина під час знаходження на теріторії з рівнем радіації Р_п та часом входу в забруднену зону після вибуху t_п, годин до рівня радіації Р_к та часом виходу із забрудненої території після вибуху t_к, годин необхідно використовувати формулу (при m=1,2):

або за більш простішою але менш точною середньоарифметичною:

Надійним захистом від радіоактивного забруднення після ядерного вибуху є укриття в захисних спорудах у перші дві доби. Від радіоактивного пилу необхідно використовувати також засоби індивідуального захисту – протигази, респіратори, протипилові маски, одяг із щільної тканини, накидки та ін.

Електромагнітний імпульс (ЕМІ) створює електричні й магнітні поля, що виникають у результаті впливу гамма-випромінювань на атоми навколишнього середовища (іонізації) й утворення потоку швидких електронів у напрямку розповсюдження гамма випромінювання і позитивних іонів, які залишаються на місці. Тривалість дії ЕМІ складає кілька десятків мілісекунди, а діапазон довжин хвиль від метрів до километрів. При ядерному вибусі на поверхні землі, зона ураження ЕМІ буде найменшою, а при висотних вибухах найбільшою, оскільки густина повітря у приземному слої найбільша. При відсутності спеціальних заходів захисту електромагнітний імпульс може пошкодити апаратуру зв’язку і керування, порушити роботу електричних пристроїв, підключених до зовнішніх ліній по яких наведений струм передається на великі відстані.

Особливо чутливими до впливу ЕМІ є шість груп об’єктів і систем:

1) системи передачі електроенергії: повітряні лінії електропередачі, кабельні лінії, різні види з’єднувальних ліній і повітряна електропроводка;

2) системи виробництва, перетворення і накопичення енергії: електростанції, генератори постійного і змінного струму, трансформатори, перетворювачі струмів і напруг, комутатори і розподільні пристрої, електричні батареї і акумулятори, паливні, сонячні й термоелементи;

3) системи регулювання і керування: електромеханічні, електронні датчики та інші елементи автоматики, комп’ютерні установки, мікропроцесори;

4) системи споживання електроенергії: електродвигуни і електромагнітні, нагрівальні, холодильні, вентиляційні, освітлювальні установки й кондиціонери;

5) системи електротяги: електроприводи, напівпровідникові та інші типи перетворювачів;

6) системи радіозв’язку, передачі, зберігання і накопичення інформації: антени, хвилеводи, коаксіальні кабелі, електронні прилади, радіопередавачі, радіоприймачі, установки автономного електропостачання, змішувачі, телефонні апарати, телеграфні установки, заземлені кабелі й проводи, АТС.

Приблизний радіус ураження ЕМІ при низовому повітряному чи наземному вибусі можна обрахувати за такою формулою:

де R_EMI – приблизний радіус ураження ЕМІ, км;

q – потужність ядерного заряду, кт.

Так при низовому повітряному вибуху заряду потужністю 1 000 кт напруженість поля ЕМІ уражає електричні об’єкти в радіусі 32 км, а при 10 000 кт до 115 км.

Якщо ядерний вибух стався поблизу лінії електропостачання, зв’язку великої довжини, то наведені в них напруги можуть поширюватися по дротах на багато кілометрів, пошкоджувати апаратуру й уражати людей, які знаходяться на безпечній відстані відносно інших уражаючих факторів ядерного вибуху.

Медико-тактична характеристика вогнищ ураження ядерною зброєю складаєть з оцінки можливих санітарних та безповоротних втрат серед населення, які з’являються після дії ударної хвилі, світлового імпульсу, миттєвої радіації та після вибадіння радіоактивних опадів.

За даними іноземних авторів, при несподіваному ядерному ударі безповоротні втрати можуть складати до 15-20 %, санітарні втрати можуть складати приблизно 35-45 % та до 25 % непостраждалих людей може мати психічні розлади від загальної кількості населення, яке знаходиться у вогнищі ураження ядерним вибухом. Умовно вважається, що зовнішня границя вогнища ураження ядерним вибухом закінчується територією де надлишковий тиск ударної хвилі знижується до 10 кПа.

Імовірну структуру санітарних втрат серед населення міста при несподіваному ядерному вибуху, наведено нижче в таблиці 3.4 [29].

Таблиця 3.4 Імовірна структура санітарних втрат при несподіваному ядерному вибуху
Характер травм*	Відсоток, %
Механічні травми: важкі 44 %; середні 34 %; легкі 22 %	15-50
Термічні травми	15-25
Радіаційні травми від початкового випромінювання	10-15
Комбіновані травми	45-55
Радіаційні травми на забрудненій радіоактиними опадами території: Променева хвороба І ст 20 %; ІІ ст 20 %; ІІІ ст 30 %; ІV ст 30 %	15-50**

* при розміщенні основної маси населення в укриттях характер санітарних втрат змінюється;

** імовірний відсоток санітарних втрат серед населення, яке перебуватиме в укриттях на забрудненій території перші 3 доби.

Дата добавления: 2014-11-29