Поражающие факторы ядерных взрывов и радиационных аварий. Что будем делать с полученным материалом

Характеристика радиационных аварий.

Зоной ЧС радиационного характера называют тер­риторию, в пределах которой в результате аварии на радиационно опасном объекте (РОО) происходит радио­активное загрязнение (РЗ), вызывающее облучение лю­дей выше допустимых норм.

Главными источ­никами радиоактивного загрязнения являются АЭС, предприятия ядерного цикла (предприятия по обогащению урана, переработке ядерного топлива, места хранения радиоактивных отходов), корабли с ядерными энергетическими установками и косми­ческие аппараты. На территории России в настоящее время функционирует около 400 радиационно-опасных объектов.

Радиационная авария - событие, произошедшее в результате потери управления над источником ионизирующего излучения, приведшее к незапланированному облучению людей и радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Приняты несколько видов классификаций радиационных аварий. Наи­более распространена классификация по МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергетике) в за­висимости от общей активности выбросов:

1-3 уровни (происшествия);

4-авария в пределах АЭС;

5 - ава­рия с риском для окружающей среды;

6 - тяжелая авария (г. Виндскейл, Англия, 1957 г.);

7 - глобальная авария (ЧАЭС, СССР, 1986 г.).

Классы радиационных аварий (по их масштабам и последствиям):

Локальная - радиационные последствия ограничиваются одним зданием, сооружением с возможным облучением персонала.

Местная - радиационные последствия ограничиваются территорией АЭС, радиационно опасного объекта.

Общая - радиационные последствия распространяются за границу территории АЭС, радиационно опасного объекта.

В результате радиационных аварий, применения оружия массового поражения в случаях конфликтных ситуаций, возникают поражающие факторы , вызывающие поражения людей, с/х животных, растительности, разрушение зданий, сооружений, загрязнение окружающей среды.

Различают две группы факторов, вызывающих поражения людей при ядерных взрывах и радиационных авариях:

I группа – радиационные поражающие факторы :

Проникающая радиация,

Радиоактивное загрязнение местности.

II группа – нерадиационные поражающие факторы :

Ударная волна,

Световое излучение,

Электромагнитный импульс,

Острые или хронические психоэмоциональные перегрузки,

Радиофобия,

Нарушения привычного стереотипа жизни, режима и характера питания при длительном вынужденном нахождении на радиоактивно загрязненной местности.

Проникающая радиация представляет собой поток нейтронов и гамма-лучей, которые оказывают свое действие в момент взрыва и в течение последующего короткого промежутка времени.

Нейтронное излучение возникает в основном в процессе реакций деления и синтеза ядер. Эти реакции протекают в течение очень короткого промежутка времени (порядка 10 -6 с), поэтому нейтронное излучение воздействует на объекты, находящиеся в зоне его распространения, мгновенно.

Основными источниками гамма-излучения являются осколки деления ядер урана и плутония, а также атомы азота воздуха, окружающего зону взрыва, которые, захватывая нейтроны, переходят в нестабильное состояние и испускают гамма-кванты как излишек энергии. Вследствие распада короткоживущих продуктов деления и быстрого подъема радиоактивного облака действие гамма-излучения на наземные объекты после взрыва постепенно ослабевает и в пределах одной минуты после взрыва полностью прекращается.

Радиоактивное загрязнение местности (РЗМ) является основным и длительно действующим радиационным поражающим фактором радиационных аварий и ядерных взрывов.

Источниками радиоактивного загрязнения местности являются:

· продукты деления ядерного горючего (урана, плутония);

· не разделившаяся часть горючего.

Радиоактивное загрязнение местности возникает в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) на поверхность земли из радиоактивного облака вместе с осадками. Местность в экстремальных ситуациях считается загрязненной, если уровень радиоактивного излучения на высоте 70 см от поверхности земли не меньше 0,5 Р/ч.

Приблизительно через 10 минут после ядерного взрыва радиоактивное облако поднимается на максимальную высоту и далее движется по направлению ветра. При этом из него постепенно выпадают радиоактивные частицы и оседают на землю. Выпадающие радиоактивные частицы имеют различные размеры и изотопный состав. На близких расстояниях от места взрыва оседают крупные частицы, содержащие изотопы в более полном составе (как короткоживущие, так и долгоживущие). На дальних расстояниях от места взрыва оседают частицы меньших размеров, содержащие только долгоживущие изотопы.

По ходу движения облака формируется его наземный след, который принято разграничивать на зоны радиоактивного загрязнения. Формирование зон радиоактивного загрязнения по следу облака ядерного взрыва заканчивается, как правило, к исходу суток.

В более поздний период – через несколько недель после взрыва – радиоактивные частицы уходят в глубь почвы. Создается объемное загрязнение верхнего слоя почвы. Опасность пребывания человека на радиоактивно загрязненной местности в этот период уменьшается (снижается интенсивность воздействия гамма-излучения, уменьшается содержание радиоактивных частиц в поднимаемой с земли пыли).

Особенностью радиационных аварий на АЭС, ядерных реакторах является то, что процесс деления ядерного топлива, используемого в ядерных реакторах, продолжается длительное время. Поэтому в случае разрушения реактора в атмосферу могут длительное время поступать радиоактивные вещества (РВ). Подъем РВ осуществляется на незначительную высоту (800–1000 м), что объясняется небольшой мощностью теплового взрыва ядерного реактора (порядка 0,04 кт). На этой высоте и в течение длительного времени ветер меняет свое направление много раз, а поэтому ярко выраженного, как при ядерном взрыве, следа радиоактивного облака нет. РВ соединяется с дождевыми облаками и перемещается вместе с ними. Из дождевых облаков РВ выпадают вместе с осадками. В результате этого загрязненные территории могут быть значительными по своим размерам и находиться на очень больших расстояниях от места аварии, как это было в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

При аварии, разрушении АЭС, ядерных реакторов загрязненная территория по уровням радиации делится на 5 зон:

М - зона слабого загрязнения с уровнем радиации на 1 ч после аварии = 0,025–0,1 Р/ч;

А - зона умеренного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны = 0,1–1,0 Р/ч;

Б - зона среднего загрязнения с уровнями радиации на границах зоны = 1,0–3,0 Р/ч;

В - зона опасного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны = 3,0–10,0 Р/ч;

Г - зона чрезмерно опасного загрязнения с уровнями радиации на внешней границе зоны = 10,0 Р/ч.

С течением времени из-за естественного распада РВ уровни радиации на следе радиоактивного облака уменьшаются. Для ядерного взрыва уровень радиации через 7 ч после взрыва уменьшается в 10 раз, через 2 суток - в 100 раз и через 7 недель - в 1000 раз.

Аварии на АЭС можно подразделить на:

• - локальные, такие, масштабы которых не выходят за пределы АЭС;
• - аварии, сопровождающиеся выходом радиоактивности с изменением радиационной обстановки за пределами АЭС.

При аварии на АЭС с разрушением активной зоны реактора радиоактивные вещества, выброшенные в атмосферу, переносятся воздушными массами в направлении ветра; оседают на поверхности почвы, растительности, водоемов, на зданиях и сооружениях, транспортных средствах и т. д.

Возможны следующие виды радиационного воздействия на население:

• а) внешнее облучение при прохождении радиоактивного облака;
• б) внутреннее облучение из-за вдыхания радиоактивных продуктов деления;
• в) контактное облучение из-за радиоактивного загрязнения кожных покровов;
• г) внешнее облучение, обусловленное радиоактивным загрязнением поверхности земли, зданий и т. д.;
• д) внутреннее облучение при потреблении загрязненных продуктов питания и воды.

Состав выброса зависит от состояния реактора на момент аварии, ее вида (режим работы или остановки, локальный или масштабный вид аварии).

Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

• - ударная волна;
• - световое излучение;
• - проникающая радиация;
• - радиоактивное заражение территории;
• - электромагнитный импульс.

При этом могут иметь место вторичные поражающие факторы: пожары, взрывы, загрязнение местности химически токсичными веществами, затопление территорий вследствие разрушения гидротехнических сооружений.

Ударная волна. Основным показателем ее действия является величина избыточного давления во фронте ударной волны?Р ф =Р ф -Р о, Р ф - давление во фронте; Р о - нормальное атмосферное давление ([Па],[кг-с/см 2 ]; 1000кПа=1 кг-с/см 2).

При воздействии ударной волны на организм человека имеют место травмы и контузии, которые могут быть легкими, средними, тяжелыми или крайне тяжелыми.

Легкие: ?Р ф =0,2-0,4 кг-с/см 2 - легкие ушибы;

Средние: ?Р ф =0,4-0,6 кг-с/см 2 - кровотечение из носа, ушей, ушибы до полома конечностей. Требуется госпитализация в течение 2-3 недель.

Тяжелые: ?Р ф =0,6-1,0 кг-с/см 2 - переломы, госпитализация до 3-4 месяцев, летальный исход.

Край нетяжелые: ?Р ф >1,0 кг-с/см 2 - летальный исход.

Методы защиты:

укрытия в защитных сооружениях ГО;

использование складок местности;

принять горизонтальное положение.

Световое излучение. Основной показатель - энергия светового излучения. Единица его измерения - кал/см 2 . На человека действуют два фактора поражения: ожоги и поражение органов зрения. Различают 3 вида степени ожогов:

I степень (U=2-4 кал/см 2) - покраснение кожи, лечения не требуется.

II степень (U=4-6 кал/см 2) - образование волдырей, повреждение кожного покрова, требуется амбулаторное лечение в течение 2-3 недель.

III степень (U=6-10 кал/см 2) - поражение подкожных тканей, требуется стационарное лечение до 3 месяцев.

IV степень (U=>10 кал/см 2) - летальный исход.

Методы защиты: укрытие в защитных сооружениях, складках местности, лечь на землю.

Проникающая радиация. Действует < 15 секунд., нейтронный поток. При воздействии радиации на здания и сооружения в больших дозах сами строительные материалы становятся источниками радиации. Радиация приводит к снижению производительности труда предприятий, т.к. необходимо работать в средствах защиты. Проникающая радиация оказывает влияние на монтаж РЭА (конденсаторы, диоды и т.д.), на фотоэлементы.

Радиоактивное заражение. Действует относительно продолжительное время. Источники заражения: продукты, образовавшиеся в результате ядерной реакции, горячие частицы (ядерное топливо), ядерное топливо, которое не вступило в реакцию. В зависимости от вида взрыва (наземный, подземный) - заражение местности и воздуха, т.е. создание радиационной обстановки.

Электромагнитное излучение. Действует единицы секунд. Распространяется на расстояние до 10 км. Приводит к пробою кабельного хозяйства, проводов в РЭА. Защита от электромагнитного импульса в эпицентре не помогает.

Поражающие факторы при аварии на радиационно-опасных объектах:

проникающая радиация;

Военное дело, НВП и гражданская оборона

Проникающая радиация ионизирующие излучение представляет собой большую опасность для здоровья и жизни людей. К ионизирующим излучениям относятся: альфа-излучение состоящее из альфачастиц; бета-излучение поток электронов или позитронов; гамма-излучение фотонное электромагнитное излучение по своей природе и свойствам не отличающееся от рентгеновских лучей.

Поражающие факторы радиационных аварий.

При авариях на радиационноопасных объектах могут возникнуть следующие поражающие факторы радиационного характера:

1. проникающая радиация;
2. радиоактивное загрязнение местности.

Проникающая радиация (ионизирующие излучение) представляет собой большую опасность для здоровья и жизни людей .

К ионизирующим излучениям относятся :

1. альфа-излучение, состоящее из альфа-частиц;
2. бета-излучение - поток электронов или позитронов;
3. гамма-излучение, фотонное (электромагнитное) излучение, по своей природе и свойствам не отличающееся от рентгеновских лучей.

Альфа-излучение обладает наибольшей ионизирующей способностью, но ее энергия быстро уменьшается, поэтому оно не представляет опасности для человека до тех пор, пока испускающие альфа-частицы вещества не попадут внутрь организма.

Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей и большей проникающей способностью. При попадании радиоактивных веществ на кожу и внутрь организма бета-излучение опасно для человека.

Гамма-излучение при своей сравнительно малой ионизирующей активности представляет большую опасность в силу очень высокой проникающей способности.

Наиболее характерным для радиационных ситуаций, возникающих при авариях на АЭС, является сочетанное радиационное воздействие, вызванное внешним (равномерным или неравномерным) бета-, гамма - облучением и внутренним радиоактивным загрязнением.

Мерой поражающего действия ионизирующих излучений является доза этих излучений. Степень неблагоприятного воздействия излучения измеряется в бэрах . Поглощенная доза излучения измеряется в греях, радах .

Оценка уровней ионизирующего излучения на радиоактивно загрязненной местности осуществляется по мощности экспозиционной дозы и измеряется в рентгенах (миллирентгенах) в час.

Радиоактивное загрязнение местности происходит при выпадении радиоактивных элементов на земную поверхность и окружающие предметы.

Кроме выше перечисленных радиационных поражающих факторов, воздействующих на организм человека в зоне аварии, на него действуют нерадиационные поражающие факторы:

1. ударная волна;
2. световое излучение;
3. мощный электромагнитный импульс;
4. острые или хронические психоэмоциональные перегрузки;
5. радиофобия;
6. нарушения привычного стереотипа жизни, режима и характера питания при длительном вынужденном нахождении (проживании) на радиоактивно загрязненной местности.

В результате взрыва ядерного объекта образуется ударная волна , которая может отбросить человека и ударить его о твердые предметы. Разрушающиеся строения и летящие обломки зданий наносят механические травмы (переломы костей, ушибы, порезы).

При взрыве выделяется огромное количество световой и тепловой энергии , которая вызывает у человека ожоги кожных

покровов и дыхательных путей разной степени тяжести.

Электромагнитный импульс может вывести из строя различные электроприборы, другое оборудование.

Нерадиационные факторы всегда в той или иной степени воздействуют на организм, оказавшийся в аварийной ситуации.

Чем меньше доза облучения, тем в большей степени в картине заболевания проявляются эффекты воздействия нерадиационных факторов.

Они вызывают изменения функционального состояния различных органов и систем, которые определяют, в конечном счете, ответную реакцию организма, проявляющуюся симптомокомплексом того или иного заболевания.

Они снижают устойчивость организма к действию радиации (синдром взаимного отягощения).

Особое значение как, этиологического фактора ряда патологических состояний, нерадиационные воздействия приобретают у людей, вынужденных длительное время проживать на загрязненных радиоактивными веществами (даже в пределах допустимых уровней) территориях.

Таким нерадиационным фактором в этих случаях является хроническое психотравмирующее воздействие, обусловленное утратой социальных связей, сознанием неопределенности последствий, экономической зависимостью.

Хроническая психотравма вызывает в организме целый ряд весьма устойчивых и выраженных нарушений, прежде всего функционального состояния общерегуляторных систем, обусловливающих развитие астении, вегетативной неустойчивости, нейроциркуляторной дистонии, сдвигов в иммунной системе.

Эти изменения фиксируются и усиливаются при некорректной их оценке, особенно медицинским персоналом.

Министерство Здравсоцразвития РФ

Санкт-Петербургский Государственный Медицинский Университет им. Академика И.П.Павлова

Кафедра военной и экстремальной медицины

начальник кафедры к.м.н. полковник МС Г.И.Зайцев

«Поражающие факторы радиационных аварий»

Студент 519 группы

Стеканов П.А.

Преподаватель:

Майор МС Бутов А.Ю.

Санкт-Петербург 2006

Согласно определению НРБ-99 (Нормы радиационной безопасности-99 - действующие в России санитарные нормы , регламентирующие допустимые уровни воздействия ионизирующего излучения и другие требования по ограничению облучения человека, относится к государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормам):

Радиационная авария -″потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды″.

Поражающие факторы радиационной аварии - физические процессы и явления, которые возникают при ядерной аварии и определяют её поражающее воздействие. Характер, степень и продолжительность воздействия поражающих факторов зависят от вида аварии, мощности ядерного заряда, вида взрыва, расстояния от его эпицентра, степени защиты объектов, метеорологических условий и характера местности.

Главной опасностью аварий на РОО был и будет выброс в окружающую природную среду РВ, сопровождающийся тяжелыми последствиями. Радиационная авария присуща не только АЭС, но и всем предприятиям ядерного топливного цикла, а также предприятиям, использующим радиоактивные вещества. К таким предприятиям можно отнести предприятия, добывающие урановую или ториевую руду; заводы по переработке руды; обогатительные заводы, заводы по изготовлению ядерного топлива; хранилища РВ и многие другие. Радиационные аварии на РОО могут возникнуть в процессе испытаний, хранения, транспортировки ядерного оружия.

Основным поражающим фактором при авариях на реакторах АЭС это радиоактивные загрязнения местности и источником загрязнения является атомный реактор как мощный источник накопленных радиоактивных веществ. Рассмотрим образование поражающих факторов и их воздействие при аварии на АЭС:

1. Ударная волна (сейсмическая) образуется только при ядерном взрыве реактора, при тепловом взрыве ее действие на окружающую среду незначительно

2. Световое излучение.

3. Электромагнитный импульс

4. Проникающая радиация, может оказать воздействие, в основном, на работающую смену персонала.

5. Радиоактивное заражение местности в результате выбросов продуктовраспада в атмосферу во всех случаях будет значительным и на больших площадях.

В отличии от этого при классическом же ядерном взрыве в зависимости от мощности заряда и условий взрыва энергия взрыва распределяется следующим образом:

Ударная волна - 40-60 %

Световое излучение - 30-50 %

Проникающая радиация - 5 %

Радиоактивное заражение - 5-10 %

Электромагнитный импульс – доли %

т.е. кроме радиационного заражения достаточно велик удельный вес других поражающих факторов.

Специалисты выделяют следующие потенциальные последствия радиационных аварий:

1.немедленные смертельные случаи и травмы среди работников предприятия и населения;

2.латентные смертельные случаи заболевания настоящих и будущих поколений, в том числе изменения в соматических клетках, приводящие к возникновению онкологических заболеваний, генетические мутации, оказывающие влияние на будущие поколения, влияние на зародыш и плод вследствие облучения матери в период беременности;

3.материальный ущерб и радиоактивное загрязнение земли и экосистем;

4.ущерб для общества, связанный с боязнью относительно потенциальной возможности использования ядерного топлива для создания ядерного оружия.

К последствиям серьезных радиационных аварий относится и наличие косвенного риска для здоровья и жизни людей. Косвенный риск возникает при непосредственном осуществлении мер безопасности, эвакуации при аварии. Например: эвакуационные мероприятия, вызванные радиационной аварией, обусловливают возникновение множества косвенных рисков: смертельные случаи вследствие дорожно-транспортных происшествий, увеличение числа сердечных приступов у эвакуируемого населения, психические травмы, вызванные стрессовой ситуацией во время эвакуации, и т.п.

Ударная волна

Ударная волна – это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте (сейсмовзрывные волны).

Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиарды атмосфер.

Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до большого давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну.

Расширение раскаленных газов происходит в, сравнительно, малых объемах, поэтому их действие на более заметных удалениях от центра ядерного взрыва исчезает и основным носителем действия взрыва становится воздушная ударная волна.

Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения ударной волны быстро падает и ослабевает. На больших удалениях ударная волна переходит обычную акустическую волну, и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т.е. 330 м/сек.

Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит, примерно, 1000 м за 1,4 сек., 2000 м. за 4 сек., 3000 м, за 7 сек.

Отсюда следует вывод, что человек увидев вспышку ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее укрытие, и тем самым уменьшить вероятность поражения ударной волной. Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются:

Избыточное давление во фронте волны (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом);

Скоростной напор воздуха (динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха движущимся в волне);

Время действия избыточного давления (продолжительность фазы сжатия)

При воздушной ударной волне передняя граница сжатого воздуха характеризуется резким увеличением давления и образует фронт ударной волны Р ф. Кроме того, ударная волна характеризуется давлением скоростного напора Р ск, временем действия максимального избыточного давления  + - фаза сжатия и временем действия пониженного давления  – - фаза разрежения (рис. 1). Р ф и Р ск измеряются в кг. с/см 2 (внесистемная единица) или паскалях (по системе СИ). 1 кгс/см 2  100 кПа.

В зависимости от мощности q и расстояния до точки взрыва R избыточное давление , в кПа, во фронте ударной волны для наземного взрыва определяется по эмпирической формуле

,

где q ув = 0,5q ; q - тротиловый эквивалент мощности взрыва, кг; R - расстояние до центра взрыва, м.

Избыточное давление во фронте ударной волны  Р ф оказывает на объект ударное действие, и объект испытывает повышенное давление со всех сторон, если его геометрические размеры меньше длины фазы сжатия. Если это давление выше критических величин, то объект получает различные повреждения, вплоть до разрушения. Степень разрушения зданий, сооружений также определяется величиной скоростного напора Р ск, т. е. торможения масс воздуха, следующих за фронтом ударной волны. В результате создается динамическая нагрузка, т. е. скоростной напор.

Давление скоростного напора

Из формулы следует, что давление скоростного напора Р ск меньше величины избыточного давления во фронте ударной волны  Р ф и всегда положительно.

Фаза сжатия - это отрезок времени, когда избыточное давление во фронте ударной волны и давление скоростного напора имеют наибольшие значения. Фаза сжатия зависит от мощности взрыва q .

По окончании действия фазы сжатия  + объект попадает в фазу разрежения   , в которой давление, оказываемое на объект, существенно уменьшается, а поэтому и разрушения в этой фазе существенно меньше, чем в фазе сжатия. При практических расчетах давление в фазе сжатия не учитывается.

Энергия распределяется по всему пройденному расстоянию, поэтому сила воздействия ударной волны уменьшается пропорционально кубическому корню расстояния от эпицентра

В случае возникновения ударной волны люди, здания, сооружения могут находиться под прямым или косвенным воздействием ударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматический характер, а при воздействии на здания, сооружения - разрушительный характер.

Прямое воздействие ударной волны на человека приводит к травматическим последствиям, тяжесть которых зависит от величины давления во фронте ударной волны. Все травмы подразделяются по степени тяжести на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Открыто расположенные люди получают легкие травмы при избыточном давлении во фронте ударной волны 20–40 кПа. В этом случае человек может получить незначительные повреждения: ушибы, вывихи конечностей, временное повреждение слуха, легкие контузии.

Средние травмы человек получает при давлении 40–60 кПа, которые характеризуются серьезными контузиями, повреждениями слуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами, переломами конечностей.

Тяжелые травмы наступают при давлении 60–100 кПа и характеризуются тяжелыми контузиями, значительными переломами конечностей, сильным кровотечением из носа и ушей.

Крайне тяжелые травмы человек получает при избыточном давлении более 100 кПа и такие травмы, как правило, оканчиваются летальным исходом.

Прямое воздействие избыточного давления во фронте ударной волны и скоростной напор на здания, сооружения и т. д. приводит к их частичному или полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.

Косвенное воздействие ударной волны происходит за счет действия на людей, здания, сооружения и другие объекты обломков (зданий, сооружений, падающих деревьев и др.), появляющихся в результате действия прямой ударной волны.

Для уменьшения поражающего действия ударной волны необходимо выполнять требования строительных норм и при строительстве не допускать отклонений от проекта в сторону ухудшения прочностных характеристик для удешевления строительства.

Под воздействием ударной волны создаются очаги поражения, разрушения, размеры которых зависят от мощности и вида взрыва, рельефа местности.

Граница очага поражения на равнинной местности условно ограничивается радиусом с избыточным давлением во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см).

Очаги поражения делятся на зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений (рис. 2).

Зона полных разрушений на внешней границе имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 кПа. Зона сильных разрушений на внутренней и внешней границах имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 и 30 кПа соответственно. Зона средних разрушений лежит между 30 и 20 кПа, и на внешней границе зоны слабых разрушений избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа.

Ударная волна в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе. Однако подводная ударная волна отличается от воздушной ударной волны своими параметрами. На одних и тех же расстояниях давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а время действия меньше. Например, максимальное избыточное давление на расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт. в глубоком водоеме составляет 19000 кПа, а при взрыве в воздушной среде около 100 кПа.

Световое излучение

Световое излучение представляет собой электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из нагретых до высоких температур конструкционных материалов и воздуха. Максимальная температура поверхности светящейся области составляет обычно 5700-7700 °С. Когда температура снижается до 1700 °C, свечение прекращается. При этом интенсивность излучения может превышать 1000 Вт/см² (для сравнения - максимальная интенсивность солнечного света 0.14 Вт/см²).

Время действия светового излучения и размеры светящейся области зависит от мощности ядерного взрыва. С ее увеличением они возрастают. По длительности свечения можно ориентировочно судить о мощности ядерного взрыва.

Время действия светового излучения наземных и воздушных взрывов мощностью 1 тыс.т. составляет 1 сек., 10 тыс.т. – 2,2 сек., 100 тыс.т. – 4,6 сек.

Поражающее действие светового излучения объясняется поглощением лучистой энергии телом, что приводит к его нагреву, и характеризуется световым импульсом , под которым понимают отношение световой энергии за все время действия светового излучения к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей. За единицу светового импульса в системе СИ принят джоуль на квадратный метр (Дж/м 2). Внесистемная единица – калория на 1 см.кв. 1 кал/см.кв. 4,2х10 4 Дж/м 2 .

Световой импульс зависит от вида и мощности взрыва Q (q ), в кт, расстояния до центра взрыва R , в км, и коэффициента ослабления светового излучения средой распространения k , 1/км. (отражает состояние атмосферы)

Величина светового импульса

При расчетах устойчивости k = 0,1, т.е. берутся наихудшие условия, когда поглощение светового излучения средой минимально.

Световое излучение, действуя на незащищенных людей, вызывает ожоги открытых участков тела и вызывает поражение глаз.

Ожоги, в зависимости от величины светового импульса, могут быть трех степеней:

1 - световое излучение вызывает некоторые болезненные ощущения, гиперемию и отёк кожи, может иметь место некоторое повышение температуры тела (И =100–200 кДж/м 2);

2 - на коже человека могут возникнуть тонкостенные пузыри с серозным содержимым, сильные болезненные ощущения, повышение температуры тела (И = 200-400 кДж/м 2);

3 - имеет место некроз кожи, появляются язвы на коже человека, сильные болезненные ощущения, значительное повышение температуры тела (И = 400–600 кДж/м 2).

4 -некроз кожи и подлежащих тканей.

Тяжесть поражения от воздействия светового излучения зависит не только от степени глубины ожога, но и от размеров пораженных участков, их локализации, вплоть до развития ожоговой болезни.

Кроме ожогов кожи, световое излучение вызывает поражение глаз:

Временное ослепление после взгляда на светящуюся область - длится в течение нескольких минут. Особенно действен световой импульс в ночное время суток;

Ожоги глазного дна возникают в результате прямого взгляда на светящуюся область;

Ожоги роговицы и век глаз возникают при тех же условиях, что и ожоги незащищенных участков кожи.

Следует учитывать, что роговица и веки глаз имеют не такую грубую структуру как кожный покров, поэтому и величины светового импульса, вызывающего поражения, будут меньше.

При защищенных глазах временное ослепление и ожоги глазного дна сводятся к минимуму.

Для защиты людей от светового излучения можно использовать любую тень, укрытие, жалюзи, шторы на окнах и т. д.

Результатом действия светового излучения может быть воспламенение и возгорание предметов, оплавление, обугливание, большие температурные напряжения в материалах

Тепловое воздействие светового излучения может вызвать повреждения линий связи, деформацию металлоконструкций, возгорание деревянных сооружений, что может привести к возникновению пожаров в населенных пунктах, лесах. Вероятность возникновения пожаров зависит от мощности и длительности светового импульса, огнестойкости материалов, плотности и характера городской застройки.

При небольшой мощности взрыва время действия светового импульса τ си незначительно и промежуток времени между приходом светового импульса и ударной волной мал, а поэтому еще не успеет произойти возгорания, как приходящая ударная волна успеет погасить очаг возгорания. При больших мощностях взрыва время действия светового импульса τ си увеличивается, и приходящая ударная волна усиливает процесс воспламенения, так как процесс возгорания уже установился (ударная волна отстает от светового излучения).

Для защиты от подобного воздействия светового излучения необходимо принимать меры обычной пожарной безопасности.

Электромагнитный импульс

При ядерных взрывах в атмосфере возникают мощные электромагнитные поля с волнами от 1 до 1000 м и более. В силу кратковременности существования таких полей их принято называть электромагнитным импульсом. Хотя оно и не оказывает никакого прямого влияния на человека, воздействие ЭМИ повреждает электронную аппаратуру: поражающее действие обусловлено возникновением электрических напряжений и токов в проводах, кабелях воздушных и подземных линий связи, сигнализации электропередач, антеннах радиостанций, это приводит к пробоям изоляции и выходу из строя электроприборов - полупроводниковые приборы, различные электронные блоки, трансформаторные подстанции и т. д. В отличие от полупроводников, электронные лампы не подвержены воздействию сильной радиации и электромагнитных полей. Помимо этого большое количество ионов, возникшее после взрыва, препятствует распространению радиоволн и работе радиолокационных станций.

Сила ЭМИ меняется в зависимости от высоты взрыва: в диапазоне 4-30 км он относительно слаб, сильнее при взрыве ниже 4 км, и особенно силён при высоте подрыва более 30 км.

Одновременно с ЭМИ возникают радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния.

Проникающая радиация

Проникающей радиацией ядерного взрыва называют поток гамма-излучения и нейтронов испускаемых из зоны и облака ядерного взрыва. Источниками проникающей радиации являются ядерные реакции протекающие в эпицентре в момент взрыва и радиоактивный распад осколков (продуктов) деления в облаке взрыва.

Время действия проникающей радиации на наземные объекты составляет 15-25 сек. и определяется временем подъема облака взрыва на такую высоту (2-3 км.), при которой гамма-нейтронное излучение, поглощаясь толщей воздуха, практически, не достигает поверхности земли. Радиус поражения проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы поражения от светового излучения и ударной волны, поскольку она сильно поглощается атмосферой. Проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов.

Поражающее действие проникающей радиации уменьшается:

По мере удаления от эпицентра ядерного взрыва

За преградами из материалов, поглощающих и рассеивающих гамма-излучение и нейтроны.

Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, электронных, оптических и других приборах за счет нарушения кристаллической решетки вещества и других физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.

Поражение человека будет рассмотрено ниже.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма-излучение и поток нейтронов. Ее уровень снижается в 10 раз после прохождения 11 см стали, либо 35 см бетона, либо 50 см грунта/кирпичной кладки, либо 1 м древесины.

Радиоактивное заражение

Радиоактивное загрязнение местности возникает в результате выпадения РВ на поверхность земли из радиоактивного облака вместе с осадками. Радиоактивные облака возникают в результате ядерных взрывов, разрушения ядерных реакторов, АЭС и т. д.

Местность в экстремальных ситуациях считается загрязненной, если уровень радиоактивного излучения на высоте 70 см от поверхности земли не меньше 0,5 Р/ч.

Источниками радиоактивного загрязнения местности (РЗМ) являются:

продукты деления ядерного горючего (урана, плутония). В этом случае имеют место - и -излучения;

не разделившаяся часть горючего при ядерном взрыве, так как в реакции деления взрывного характера принимает участие примерно 20 % горючего. Оставшаяся часть горючего загрязняет территорию и является источником -излучений;

наведенная активность в почве. Под воздействием нейтронного потока в грунте образуется ряд радиоактивных изотопов: алюминий-28, натрий-24, магний-24, которые при своем распаде выделяют - и -излучения.

Рассмотрим образование РЗМ в случае аварии, разрушения АЭС, ядерных реакторов.

Ядерные реакторы и АЭС являются потенциально опасными для окружающей среды, а поэтому при проектировании таких объектов предусматривается решение вопросов безопасности обслуживающего персонала и населения. Особенностью аварии на АЭС, ядерных реакторах является то, что процесс деления ядерного топлива, используемого в ядерных реакторах, продолжается длительное время. Поэтому в случае разрушения реактора в атмосферу могут длительное время поступать РВ. Подъем РВ осуществляется на незначительную высоту (800–1000 м), что объясняется небольшой мощностью теплового взрыва ядерного реактора (порядка 0,04 кт). На этой высоте и в течение длительного времени ветер меняет свое направление много раз, а поэтому ярко выраженного, как при ядерном взрыве, следа радиоактивного облака нет. РВ соединяется с дождевыми облаками и перемещается вместе с ними. Из дождевых облаков РВ выпадают вместе с осадками. В результате этого загрязненные территории могут быть значительными по своим размерам и находиться на очень больших расстояниях от места аварии, как это было в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Связь между дозой облучения за время до полного распада Д и уровнем радиации P (t ) зар за время заражения t зар выражается соотношением

Д  = 5 P (t ) зар t зар.

В идеальном случае на равнинной местности при равномерном ветре одного направления радиоактивный след имеет форму эллипса и условно делится на зоны загрязнения, границы которых характеризуются дозой излучения, полученной человеком за время от момента образования следа до полного радиоактивного распада вещества Д или уровнем радиации на 1 ч после аварии (рис. 4).

Рис. 4. Распределение уровней радиации по следу радиоактивного облака 1,2 - след и ось облака, 3,4- уровни радиации вдоль и на ширине следа

При аварии, разрушении АЭС, ядерных реакторов загрязненная территория по уровням радиации делится на 5 зон:

М - зона слабого РЗМ с уровнем радиации на 1 ч после аварии Р 1 = 0,025–0,1 Р/ч;

А - зона умеренного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р 1 = 0,1–1,0 Р/ч;

Б - зона среднего загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р 1 = 1,0–3,0 Р/ч;

В - зона опасного загрязнения с уровнями радиации на границах зоны Р 1 = 3,0–10,0 Р/ч;

Г - зона чрезмерно опасного загрязнения с уровнями радиации на внешней границе зоны Р 1 = 10,0 Р/ч.

С течением времени из-за естественного распада РВ уровни радиации на следе радиоактивного облака уменьшаются по экспоненциальному закону:

где P 0 - уровень радиации в момент времени t 0 после аварии на АЭС, ядерных реакторах и т. д.; P (t ) - уровень радиации в момент времени t , т. е. времени измерения уровня радиации или времени начала работ в зоне РЗМ; n - показатель степени, характеризующий величину спада уровня радиации и зависящий от изотопного состава радионуклидов и продолжительности их жизни. Так при ядерном взрыве n = 1,2, а при аварии, разрушении АЭС, ядерных реакторов n = 0,4–0,5 (рис. 5).

Рис. 5. Изменение уровня радиации во времени

Для ядерного взрыва уровень радиации через 7 ч после взрыва уменьшается в 10 раз, через 2 суток - в 100 раз и через 7 недель - в 1000 раз. Уменьшение же уровня радиации в результате аварии на АЭС, ядерных реакторах происходит существенно медленнее.

Оценка дозы облучения . Зная уровень радиоактивного загрязнения местности P (t ), т. е. уровень радиации на момент времени измерения или начала работ на загрязненной территории, можно определить дозу облучения Д обл, которую получит человек за интервал времени от начала облучения (время начала работ в зоне, время входа в зону) до конца облучения (время выхода из зоны, время конца работы в зоне).

Для определения дозы облучения можно воспользоваться выражением

После интегрирования

Радиационная авария - это авария на радиационно-опасном объекте (РОО), при котором произошел выход радиоактивных продуктов или ионизирующего из­лучения за предусмотренные проектом пределы их безопасной эксплуатации, вы­звавший облучение населения и загрязнение окружающей среды. Радиационная ава­рия может произойти по нескольким причинам: ошибки при проектировании, износ оборудования, ошибки оператора, нарушения эксплуатации.

В результате аварий на РОО в атмосферу выбрасываются радиоактивные вещества (РВ), распространяю­щиеся под воздействием ветра на значительные расстояния. Выпадая из облаков, РВ образуют зону радиоактивного загрязнения. При определенных концентрациях загрязнения местности проживание на ней становится опасным для жизни.

Одна из особенностей радиоактивного загрязнения заключается в том, что его невозможно обнаружить без помощи специальных дозиметрических приборов, так как радиация не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом.

Радиоактивные излучения способны проникать через различные толщи материа­ла и вызывать нарушения всех жизненно важных процессов в организме человека (главным образом, кроветворения, работы желудочно-кишечного тракта, гонад и щи­товидной железы). Человек в момент воздействия радиации не получает телесных повреждений и не испытывает болевых ощущений, однако в результате облучения у пораженного позже может развиться лучевая болезнь.

Основные поражающие факторы радиационной аварии:

· воздействие внешнего облучения (гамма-, бета- и рентгеновское излучение);

· внутреннее облучение от попавших в организм человека радионуклидов (аль­фа- и бета-излучение);

· механические и термические травмы, химические ожоги, интоксикация.

После аварии наибольшую опасность представляет внешнее облучение, которое проникает в организм через покровы кожи и органы дыхания. Через 2-3 мес. после аварии представляет опасность внутреннее облучение, которое проникает в орга­низм через желудочно-кишечный тракт с продуктами питания и водой. Наиболее опасно для человека внутреннее облучение, так как невозможно защитить внутрен­ние органы.

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение (ИИ) - это излучение, обладающее способностью вырывать электроны из орбит атомов и молекул, превращая их в положительно за­ряженные ионы и освобождая электроны, т.е. ионизировать (возбуждать) их.

α-Излучение - это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия. Это излучение распространяется в средах прямолинейно со скоростью 20000 км/с. Альфа-частицы обладают большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому имеют незна­чительный пробег: в воздухе - до 11 см, в биологических тканях - 30-130 мкм, в алюминии - 16-67 мкм. Несмотря на то, что альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, они имеют наибольшую поражающую способность.

β-Излучение - это поток электронов, обладающих большей проникающей спо­собностью и меньшей поражающей способностью, чем альфа-излучение. Они воз­никают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу же излучаются оттуда со скоростью, близкой к скорости света. Проникающая способность бета-излучения в воздухе составляет несколько метров, в биологических тканях - несколько санти­метров, в алюминии - несколько миллиметров.

Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение высокой частоты и ко­роткой длины волны, возникает при бомбардировке веществ потоком электронов. Обладает большой проникающей способностью.

γ -Излучение - это поток квантовой энергии, распространяющейся со скоростью света. Обладают большей проникающей способностью и меньшей поражающей способностью, чем рентгеновское излучение.