Техногенные радионуклиды

1.3.1.. Испытания и применение ядерного и термоядерного оружия

В состав продуктов ядерного деления (ПЯД) входит более 200 радиоизотопов 36 элементов средней части периодической системы Д. И. Менделеева (от цинка до гадолиния). Основную часть активности составляют радионуклиды с массовыми числами 95-103 и 130 -144. На долю ионизирующих излучений приходится 15 % энергии деления. При взрыве атомной бомбы на каждую килотонну мощности взрыва образуется 57 г продуктов деления, активность которых эквивалентна γ-активности 30 000 т радия.

Физические характеристики наиболее биологически важных радионуклидов представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Физические характеристики наиболее биологически важных

радионуклидов ПЯД

Радионуклид	T1/2	Энергия, МэВ	Выход при делении ^235U медленными нейтронами, %	Выбросы в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере, 10 ^18 Бк
β, Емакс	γ
^89Sr	50,5 сут	1,46	_	4,79	91,4
^90Sr	29,12 лет	0,54	—	5,57	0,6
^91Y	58 сут	1,55	—	5,4
		β, Емакс	γ
^95Zr	65 сут	0,36	0,75	6,2
^103Ru	41 сут	0,22	0,50	3,0
^106Ru	365 сут	0,04	—	0,38	11,8
^131I	8,05 сут	0,61	0,36	3,1
^137Cs	30 лет	0,52	—	6,15	0,9
^140Ba	12,8 сут	1,02	0,53	6,35
^141Ba	33 сут	0,44	—	6,0
^144Ce	288 сут	0,3	0,13	6,0
^3H	12,3 года	Реакции синтеза
^14C	5730 лет	0,22

Сразу после взрыва активность быстро уменьшается за счет распада короткоживущих радионуклидов. По сравнению с активностью по окончании первой секунды после взрыва активность через сутки снижается в 3000 раз. Через 7, 49 и 343 сут после взрыва активность продуктов снижается в 10, 100 и 1000 раз соответственно по сравнению с активностью через первый час.

При ядерных и термоядерных взрывах образуется большое количество нейтронов. Взаимодействуя с ядрами азота в воздухе, они инициируют реакцию образования радиоактивного углерода ¹⁴С:

В 1965 г. концентрация ¹⁴С в атмосфере удвоилась в результате ядерных испытаний. После прекращения испытаний в атмосфере содержание «бомбового» ¹⁴С в атмосфере снизилось до единиц процентов от естественного уровня [21].

Общая мощность ядерных взрывов, произведенных в ходе прошлых испытаний ядерного оружия в атмосфере, составила 545 Мт. Из них 328 Мт выделилось в реакциях синтеза и 217 Мт — в реакциях деления. В 1980 г. запасы ядерного оружия в мире оценивались в 40 000 единиц суммарной мощностью 13 000 Мт. Распределение взрывов в атмосфере по принадлежности странам показано в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Распределение взрывов в атмосфере по принадлежности странам

Страна	Высотные, h > 10 км	Воздушные	Наземные	Надводные	Всего
СССР
США
Франция	—
Англия	—
Китай	—			—

В 1981-1985 гг. среднегодовые индивидуальные эффективные эквивалентные дозы облучения населения СССР от глобальных радиоактивных выпадений вследствие испытаний ядерного оружия указаны в таблице 1.7.

Таблица 1.7 – Среднегодовые индивидуальные эффективные эквивалентные дозы облучения населения СССР от глобальных радиоактивных выпадений вследствие испытаний ядерного оружия

Внешнее облучение 10 мкЗв

Внутреннее облучение 15 мкЗв

Всего 25 мкЗв

Основной вклад дают ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. Роль ¹⁴С станет основной после распада этих радионуклидов. Доза за счет выбросов центров по исследованию, разработке и производству ядерного оружия составляет менее 1 % от дозы, обусловленной ядерными испытаниями в атмосфере.

В зонах ближних выпадений радионуклидов при наземных ядерных взрывах дозы облучения населения были значительно выше, достигая 1 - 2 Гр для внешнего облучения и нескольких грей для щитовидной железы.

1.3.2.. Аварии на военных ядерных установках

Производственное объединение комбинат «Маяк». Когда 22 июня 1941 г. Германия напала на Советский Союз, сенатор США Гарри Трумэн в своем интервью заявил: «Если мы увидим, что выигрывает Германия, то нам следует помогать России, а если выигрывать будет Россия, то нам следует помогать Германии. И, таким образом, пусть они убивают как можно больше»*.

Трумэн мог быть доволен: в войне погибло более 30 млн граждан СССР. В конце войны он был избран президентом США, и в его распоряжении оказалась монополия на ядерное оружие — «большая дубинка для этих русских», действие которой было продемонстрировано на примере Хиросимы и Нагасаки. Предполагалось покончить с Советским Союзом, уничтожив атомной бомбардировкой около 100 его городов и индустриальных центров

Быстрому осуществлению этих планов препятствовали выводы из опыта прошедшей войны, когда Германия, захватив всю Украину и значительную часть промышленности России, не смогла победить СССР. Привыкшие действовать наверняка США решили вначале накопить достаточный для безусловного уничтожения промышленности и населения СССР запас ядерных боеголовок, считая, что они располагают достаточным для этого временем, так как, по их оценкам, Советскому Союзу для создания ядерного оружия понадобится минимум 15—18 лет. Разоренный войной СССР был поставлен перед настоятельной необходимостью создать в кратчайшие сроки собственное ядерное оружие и средства его доставки и тем самым обеспечить выживание страны. Одним из важнейших ядерных промышленных объектов явился комбинат «Маяк» в г. Озерске (Челябинск-40). На «Маяке» был построен первый советский промышленный реактор, предназначенный для наработки оружейного плутония (²³⁹Ри), который начал давать продукцию в 1948 г. Одновременно был построен радиохимический завод, на котором из наработанного грязного плутония, содержавшего высокоактивные примеси, выделялся чистый (99 %) плутоний, необходимый для изготовления атомной бомбы. Деятельность радиохимического завода, особенно на первых этапах его работы, явилась основным источником радиоактивного загрязнения в районе комбината [22, 88].

В 1949–1951 гг. в открытую гидросеть рек Теча – Исеть – Тобол был осуществлен сброс в общей сложности 2,76·10⁶ Ки жидких радиоактивных отходов, в результате чего облучению подверглись 124 тыс. человек в 41 населенном пункте [23]. В 1956 г. реку Течу перекрыли плотиной, и поступление радиоактивных веществ в пойму реки сократилось до 0,5 Ки/сут. В 1963 г. была построена еще одна плотина, что позволило в значительной степени изолировать гидротехнические объекты комбината «Маяк». Возникшие в результате сооружения плотин водоемы имеют радиоактивность около 2 МКи. В бессточном озере Карачай сосредоточено около 120 МКи. В мае 1967 г. с высохших берегов озера ветром было разнесено примерно 0,6 МКи радиоактивной пыли, осевшей на территории 2700 км², где проживали 42 тыс. человек в 68 населенных пунктах. Сейчас это озеро в значительной мере засыпано [24]. Ниже плотины находятся Асанов-ские болота площадью около 30 км², содержащие около 6 МКи ^l37Cs и ⁹⁰Sr. Эти болота — постоянный открытый источник поступления радиоактивности в реку Течу. В водоеме Старое болото сосредоточено более 2 МКи активности. В районе захоронения радиоактивных отходов на территории комбината «Маяк» сформировалась линза подземных вод площадью около 30 км², 4·10⁶ м³ воды этой линзы до глубины 100 м загрязнено радионуклидами. Территория дренируется реками Течей и Мишеляк. На территории комбината захоронено 2 МКи твердых отходов, 1 ГКи жидких отходов, 150 МКи осадков, выделенных из радиоактивных отходов.

Всего начиная с 1949 г. в окружающую среду в результате деятельности комбината «Маяк» выведено более 150 МКи радиоактивных веществ. Суммарная площадь загрязнений составила около 26 700 км². Повышенному воздействию радиации подверглись более 437 тыс. человек. Только за период становления производства плутония на комбинате «Маяк» профессиональные лучевые заболевания были выявлены у 2089 человек, более 6000 работников комбината получили суммарные дозовые нагрузки свыше 1 Гр. Среди населения, проживавшего вдоль реки Течи, в которую сбрасывались радиоактивные отходы, в 1951—1952 гг. было выявлено 1159 случаев хронической лучевой болезни. В селе Метлине, расположенном в верховьях реки, заболевание было диагностировано у 64,7 % осмотренного взрослого населения и у 63,1 % осмотренных детей [22, 25].

Авария в Кыштыме (Южный Урал). На первом в СССР заводе оружейного плутония № 25 в Челябинске-40 в 1953 г был введен в эксплуатацию комплекс С-3, представлявший собой хранилище жидких радиоактивных отходов Оно состояло из сооружении и коммуникаций водоохлаждения, необходимого для отвода тепла, образующегося в результате непрерывного радиоактивного распада отходов, энергообеспечения, вентиляции, отопления Основой комплекса явилось сооружение полузаглубленного типа, в котором располагалось 20 блок-ячеек (каньонов) для установки в них емкостей из нержавеющей стали Они охлаждались водой по замкнутому кольцу Стены каньонов толщиной до одного метра выполнены из монолитного густоармированного железобетона Каждый каньон был перекрыт металлическими фермами, связанными арматурной сталью и залитыми бетоном Этот своеобразный возвышавшийся над землей колпак был обвалован двухметровым слоем грунта.

29 сентября 1957 г произошел взрыв банки № 14, в которую с 9 по 14 апреля 1957 г залили 256 кубометров жидких радиоактивных отходов Была разрушена емкость из нержавеющей стали, содержавшая 80 т радиоактивной жидкости и находившаяся в бетонном каньоне глубиной 8,2 м Взрывом эквивалентной мощностью 70 - 100 т тринитротолуола на 25 м отбросило 160-тонную плиту перекрытия каньона, и примерно 10 % из 20 МКи активности, находившейся в емкости, было выброшено в атмосферу на высоту до 1 км. 90 % осело на территории комбината, остальное было разнесено в северо-восточном направлении Район площадью 15 000 км², простирающийся на расстояние до 300 км от хранилища и шириной 8-50 км, был загрязнен ⁹⁰Sr, составлявшим 2,7 % суммарной активности и представляющим главную опасность на длительный период с плотностью выпадений свыше 4 кБк/м², что вдвое выше уровня глобальных выпадений [23, 26] Авария нанесла ущерб экологии, экономической и социальной инфраструктуре загрязненных территорий [88]

Из акта технической комиссии «Контроль уровня жидкости в банках и воды в каньонах отсутствовал вследствие выхода из строя контрольно-измерительных приборов еще в первые годы эксплуатации Причиной аварии явился взрыв сухих солеи нитрата и ацетата натрия, образовавшихся в результате выпаривания растворов в банке № 14 из-за их саморазогрева при нарушении условий охлаждения».

Общее число людей, одновременно занятых в ликвидации последствий аварии (дезактивация), доходила до 10 000 человек Многие из них получили в 1957—1958 гг по 0,6 - 1,2 Гр в год при установленной на тот период норме 0,15 Гр Всего вместе с экстренной эвакуацией (1000 человек в первые 7—10 сут) с территории следа были переселены жители 23 населенных пунктов общей численностью 9000 человек.

Состав аварийного выброса был в основном представлен следующими радионуклидами ¹⁴⁴Се + ¹⁴⁴Рr (66 %), ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y (5,4 %), ⁹⁵Zr + ⁹⁵Nb (24,9 %), ¹⁰⁶Ru + ¹⁰⁶Rh (3,7 %)/

В первый год после аварии наблюдался интенсивный спад уровней γ-излучения и общей плотности радиоактивного загрязнения за счет распада относительно короткоживующих циркония-95 и рутения-106 Мощность экспозиционной дозы γ-излучения через год снизилась в 18 раз, через 25 лет — в 2600 раз, через 40 лет — в 4100 раз Плотность загрязнения территории по смеси радионуклидов за 40 лет снизилась почти в 50 раз Начиная с 1959 г и по настоящее время основную радиационную нагрузку на население определяет стронций-90

Неэвакуированное население осталось проживать на территории со средней максимальной плотностью загрязнения около 1 Ки/км² по ⁹⁰Sr. За 30 лет проживания эффективная доза для населения составила 12 сГр, из которых 2,5 сГр приходится на красный костный мозг и 8 сГр — на кость.

Анализ основных составляющих нанесенного аварией ущерба (затраты на переселение, реабилитацию загрязненных территорий, потеря здоровья населения, снос населенных пунктов, выведение из оборота земель, миграция населения, компенсация недобора продукции), проведенный Институтом промышленной экологии Уро РАН, позволяет оценить его суммарную величину в 12 340 млрд руб (в ценах 1991 г) Наибольшая доля ущерба по этим оценкам приходится на потери в хозяйственно-экономической сфере и здоровье населения [26].

Авария в Уиндскейле. 10 октября 1957 г на предприятии по производству оружейного плутония в Уиндскейле (Windscale, Англия) загорелся графит реактора Горение продолжалось 3 сут Основные выбросы произошли при возобновлении тока воздуха через активную зону и при закачке воды в реактор Было выброшено 8·10¹⁴ Бк активности, из них 44·10¹² Бк пришлось на долю ¹³⁷Cs и 7,4·10¹⁴ Бк — на долю ¹³¹I Дозы для персонала составили 3-5 сГр, для взрослого населения 2 сГр, для детей — 4 сГр В море было вылито 9000 т молока, содержащего радиоактивный йод.

Инциденты с американским ядерным оружием. В феврале 1958 г на английской авиабазе Гренхем близ Нью-Берри у американского бомбардировщика В-47 при взлете отказал двигатель и пилот с высоты 2400 м сбросил два полных прикрепленных под крыльями подвесных бака, в каждом из которых было по 6435 л горючего Один из баков упал и взорвался в 20 м от припаркованного В-47 с ядерным оружием От взрыва вспыхнул пожар, бушевавший 16 ч, сдетонировало химическое взрывчатое вещество в ядерных авиабомбах В итоге самолет был разрушен, два человека погибли, 8 получили ранения Произошел разброс радиоактивных материалов, в том числе мелкодисперсного урана и плутония, 10 - 20 г которых нашли за пределами авиабазы.

16 января 1961 г. загорелся самолет F-100 из состава «сил быстрого реагирования» с базой в Великобритании, носитель термоядерного оружия, нацеленного на СССР. Ядерная бомба, укрепленная на пилоне под фюзеляжем самолета, обгорела и покрылась пузырями.

В период с октября 1961 г. по август 1962 г. отмечено 4 случая, когда в базировавшиеся на территории Италии ракеты «Юпитер» с термоядерными боеголовками мощностью 1,4 Мт ударяла молния. Во всех случаях произошла активизация термических батарей, причем в двух из них в центральную часть первичного заряда инжектировалась газовая смесь дейтерия и трития, повышающая энерговыделение.

28 ноября 1977 г. в Западной Германии разбился вертолет с ядерным оружием на борту.

Стали известны происшествия, в которых участвовало 272 единицы ядерного оружия [27]:

• 107 бомб/ракет случайно падало при хранении, сборке или снаряжении;

• 48 ракетных боеголовок падало при перемещении на стартовую позицию или в шахту;

• бомбы/боеголовки в количестве 41 находились на борту разбившегося авианосителя;

• 26 боеголовок в контейнерах пережило ЧП при хранении, сборке или снаряжении;

• 24 единицы по ошибке сброшено с самолета или корабля;

• 22 боеголовки попало в дорожно-транспортные аварии;

• 4 единицы случайно подверглось механическим повреждениям или было пробито.

Дата добавления: 2014-01-06