Вопрос 8. Проникающая радиация

Проникающая радиация представляет собой поток гамма лучей и нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны и облака ядерного взрыва. Продолжительность действия проникающей радиации составляет всего несколько секунд, тем не менее, она способна наносить тяжелое поражение личному составу, особенно если он расположен открыто.

Основными источниками гамма-излучения являются;

1) реакция деления ядер вещества заряда, сопровождающаяся испусканием мгновенного гамма-излучения. Мгновенное гамма-излучение сильно ослабляется материалами конструкции боеприпаса, и доля его в общей дозе гамма-излучения, как правило, мала;

2) радиоактивный распад осколков деления, обусловливающий так называемое осколочное гамма-излучение;

3) реакция захвата нейтронов ядрами атомов среды, приводящая к образованию захватного гамма-излучения.

Гамма-излучение осколков деления наиболее интенсивно действует после разлета оболочки боеприпаса, в зоне взрыва и в радиоактивном облаке. Вследствие уменьшения количества радиоактивных осколков и подъема облака, действие гамма-излучения на поверхность земли со временем быстро уменьшается. Поэтому действие гамма-излучения на наземные объекты продолжается практически несколько секунд.

При образовании захватного гамма-излучения основную роль играет реакция захвата нейтронов, испускаемых из зоны реакции, ядрами атомов азота воздуха. Большая часть нейтронов захватывается в объеме сферы радиусом 300 - 400 м.

Распространение гамма-излучения ядерного взрыва в воздухе характеризуется постепенным уменьшением с расстоянием мощности дозы и дозы излучения. Ослабление гамма-излучения происходит в результате его взаимодействия с атомами и молекулами среды.

На распространение гамма-излучения, а следовательно, и на величину его дозы сильное влияние оказывает зона разрежения ударной волны.

Зона разрежения представляет собой область с малой плотностью воздуха, в пределах которой гамма-лучи распространяются почти без ослабления. Зона разрежения существует сравнительно длительное время — от нескольких секунд до десятков секунд в зависимости от мощности взрыва. Поэтому в течение времени действия осколочного гамма-излучения зона разрежения достигает больших размеров и действие ее на распространение гамма-лучей оказывается существенным. Наоборот, на распространение захватного гамма-излучения зона разрежения влияет незначительно, так как захватное излучение продолжается 0,2 - 0,3 сек, а к этому времени зона разрежения имеет сравнительно небольшие размеры.

Другим важным процессом, влияющим на мощность дозы и дозу гамма-излучения, является рассеяние гамма-квантов средой. По мере распространения гамма-квантов от места взрыва происходит многократное рассеяние их, и в любой точке пространства, достаточно удаленной от места взрыва, кроме прямого гамма-излучения, будет действовать и рассеянное излучение.

Ввиду того, что осколочное и захватное гамма-излучение значительно различаются между собой по энергии гамма-квантов, выходу (активности источника) и временным характеристикам, их мощности дозы и дозы определяются различными зависимостями.

Поражающее действие проникающей радиации характеризуется дозой излучения, т.е. количеством энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Степень поражения живого организма определяется поглощенной дозой. Поглощенная доза - фундаментальная дозиметрическая величина, равная отношению средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме. Единица измерения поглощенной дозы в СИ - грей (1 грей = 1 Дж/кг). Кроме того, используется понятие "эквивалентная доза" - это поглощенная доза в органе ил и ткан и, в которой учтена разница эффективностей биологического воздействия данного вида излучения и γ-излучения. Этот учет происходит за счет взвешивающего коэффициента, который показывает, во сколько разданный вид излучения эффективней при биологическом воздействии, чем γ-излучение (при одинаковой поглощенной дозе в тканях тела). Единица измерения эквивалентной дозы в СИ - зиверт (Зв).

Наиболее часто при нормировании используются значения эффективной дозы. Она представляет собой величину воздействия ионизирующего излучения, используемую как меру риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Измеряется эффективная доза в зивертах.

Нейтроны и γ-излучение ядерного взрыва действуют на любой объект практически одновременно. Поэтому поражающее действие проникающей радиации определяется суммированием доз γ-излучения и нейтронов:

где - суммарная доза излучения; - доза γ-излучения; - доза нейтронов (нуль у символов доз показывает, что они определяются перед защитной преградой).

Доза излучения зависит от типа ядерного заряда, мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва.

Проникающая радиация является одним из основных поражающих факторов при взрывах нейтронных боеприпасов и боеприпасов деления сверхмалой и малой мощности. Для взрывов большей мощности радиус поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов поражения ударной волной и световым излучением. Зависимость дозы излучения по γ-излучению и по нейтронам от расстояния до эпицентра взрыва показана в табл. 4. Особое значение проникающая радиация приобретает в случае взрывов нейтронных боеприпасов, когда основная доля дозы излучения образуется быстрыми нейтронами.

При взрыве нейтронных боеприпасов техника, имеющая электронную аппаратуру и электроавтоматику, выходит из строя вследствие повреждений транзисторов, диодов и других элементов под воздействием проникающей радиации.

Таблица 4 Расчетные значения доз излучения при воздушном взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 тыс. т

Примечания: 1. При взрыве нейтронного боеприпаса мощностью q тыс. т дозы излучения будут в q раз больше (меньше) указанных в таблице. 2. При взрыве ядерного заряда деления той же мощности при прочих равных условиях дозы излучения будут меньше в 5-10 раз.

Из табл. 4 следует, что на близких расстояниях от эпицентра взрыва в зоне смертельных и тяжелых поражений доза нейтронов значительно превосходит дозу γ-излучения и только на границе легких поражений, т.е. на расстоянии 1500-1800 м, их значения будут примерно одинаковыми.

Поражающее воздействие проникающей радиации на состояние людей и на боеспособность войск зависит от дозы излучения и времени, прошедшего после взрыва. В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни:

- лучевая болезнь I степени (легкая) возникает при суммарной дозе излучения 1,5-2,5 грей. Скрытый период продолжается две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание белых кровяных шариков. Лучевая болезнь I степени излечима;

- лучевая болезнь II степени (средняя) возникает при суммарной дозе излучения 2,5-4,0 грей. Скрытый период длится около недели. Признаки заболевания выражены более ярко. При активном лечении наступает выздоровление через 1,5-2 мес;

- лучевая болезнь III степени (тяжелая) наступает при дозе излучения 4,0-7,0 грей. Скрытый период составляет несколько часов. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 6-8 мес;

- лучевая болезнь IV степени (крайне тяжелая) наступает при дозе излучения свыше 7 грей, которая является наиболее опасной. При дозах, превышающих 50 грей, человек утрачивает работоспособность через несколько минут.

Тяжесть поражения в известной мере зависит от состояния организма до облучения и его индивидуальных особенностей. Сильное переутомление, голодание, болезнь, травмы, ожоги повышают чувствительность организма к воздействию проникающей радиации. Сначала человек теряет физическую работоспособность, а затем - умственную.

В технике и оборудовании под действием нейтронов может образоваться наведенная активность, которая оказывает влияние на работоспособность экипажей и личный состав ремонтно-эвакуационных подразделений.

В приборах радиационной разведки под действием наведенной активности в детекторных блоках могут выйти из строя наиболее чувствительные поддиапазоны измерений. При больших дозах излучения и потоках быстрых нейтронов утрачивают свои качества элементы радиоэлектроники и электроавтоматики. При дозах более 20 грей стекла оптических приборов темнеют, окрашиваясь в фиолетово-бурый цвет, что снижает или полностью исключает возможность их использования для наблюдения.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие γ-излучение и нейтроны. При решении вопросов защиты следует учитывать разницу в механизмах взаимодействия γ-излучения и нейтронов со средой, что предопределяет выбор защитных материалов. Поток нейтронов лучше ослабляется легкими материалами, содержащими ядра легких элементов, например водорода (вода, полиэтилен), а γ-излучение сильнее всего ослабляется тяжелыми материалами, имеющими высокую электронную плотность (свинец, стать, бетон).

Способность материалов ослаблять гамма-излучение и поток нейтронов можно характеризовать величиной слоя половинного ослабления.

Слоем половинного ослабления (Таблица 5) называется толщина материала, проходя через, которую гамма-лучи и нейтроны ослабляются в 2 раза. При увеличении толщины материала до двух слоев половинного ослабления доза радиации уменьшается в 4 раза, до трех слоев - в 8 раз и. т. д.

Коэффициент ослабления проникающей радиации при наземном взрыве мощностью 10 тыс. т. для закрытого бронетранспортера равен 1,1. Для танка - 6, для траншеи полного профиля – 5. Подбрустверные ниши и перекрытые щели ослабляют радиацию в 25-50 раз; покрытие блиндажа ослабляет радиацию в 200-400 раз, а покрытие убежища - в 2000-3000 раз. Стена железобетонного сооружения толщиной в 1 м ослабляет радиацию примерно в 1000 раз; броня танков ослабляет радиацию в 5-8 раз.

Таблица 5 Значение слоя половинного ослабления для некоторых материалов.