Современные военные средства поражения включают в себя оружие массового поражения (ядерное, термоядерное и нейтронное), химическое и биологическое (бактериологическое) оружие и средства поражения в обычном снаряжении (боеприпасы объемного взрыва (вакуумные боеприпасы), зажигательные боеприпасы, фугасные, осколочные, бетонобойные, шариковые и кумулятивные боеприпасы, высокоточное оружие - ВТО). Их применение может стать причиной возникновения чрезвычайных ситуаций.
Надо иметь в виду, что даже в годы позитивного развития российско-американских отношений сокращения ассигнований на военные цели (в том числе на совершенствование военных средств нападения) в бюджетах США и ведущих стран НАТО не наблюдается. Более того, США в локальных агрессиях (в Персидском заливе, в Югославии) испытывают в боевых условиях новые образцы современного оружия и боеприпасов в обычном снаряжении. В апреле 1997 г. в США на вооружение принята усовершенствованная бомба В-61 модель 11, имеющая ядерный заряд и способная проникать в грунт на глубину не менее 15 м, а потом взрываться. Основное ее предназначение - уничтожение (повреждение) подземных сооружений (пунктов управления, узлов связи и т.д.), которых много, по заявлению военных специалистов США, в Ливии, Ираке, в государствах СНГ.
В агрессии стран НАТО против Югославии, США многократно применяли новый тип бомбы в обычном снаряжении - графитовое. При взрыве такой бомбы в окружающую среду разбрасываются нити металлизированного графита, которые вызывают замыкания в электросетях, энергетических установках, электродвигателях, что парализует работу объектов экономики на значительных территориях.
В Югославии войска НАТО применяли также боеприпасы с сердечниками из сплавов обедненного урана, что привело к радиоактивному заражению участков местности. При этом уровень радиции превышал естественный фон в 1000 раз и более.
•2.1. Ядерное оружие и виды ядерных взрывов
Ядерным называется оружие, поражающее действие которого обусловлено энергией, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза. Это оружие включает различные ядерные боеприпасы, средства управления ими и доставки к цели. Оно является самым мощным видом оружия массового поражения.
Ядерное оружие предназначено для массового поражения людей, уничтожения или разрушения административных и промышленных центров, различных объектов, сооружений, техники.
Поражающее действие ядерного взрыва зависит от мощности боеприпаса, вида взрыва, типа ядерного заряда. Мощность ядерного боеприпаса (q) характеризуется тротиловым эквивалентом, т.е. массой тринитротолуола (тротила), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса и измеряется в тоннах, тысячах, миллионах тонн. По мощности ядерные боеприпасы подразделяются на сверхмалые (менее 1 тыс. т), средние (10-100 тыс. т), крупные (100 тыс. т - 1 млн. т) и сверхкрупные (более 1 млн. т).
Ядерные взрывы могут осуществляться на поверхности земли (воды), под землей (водой) или в воздухе на различной высоте. Поэтому различают следующие виды ядерных взрывов: наземный, подземный, подводный, воздушный и высотный. Наиболее характерными видами ядерных взрывов являются наземный и воздушный. Они и представляют основную опасность для городов и объектов экономики (ОЭ).
Наземный ядерный взрыв - взрыв, произведенный на поверхности земли или на такой высоте, когда его светящаяся область касается поверхности земли и имеет форму полусферы или усеченной сферы. В этом случае высота (Н, м) наземного взрыва под поверхностью земли составит (q - мощность взрыва, т). При наземном взрыве (при, м) в грунте образуется воронка, диаметр и глубина которой зависят от высоты, мощности взрыва и вида грунта.
Наземные взрывы применяют для разрушения сооружений большой прочности, а также в тех случаях, когда желательно сильное радиоактивное заражение местности.
Воздушный ядерный взрыв - взрыв, минимальная высота которого над поверхностью земли определяется из условий, при этом светящаяся область не касается поверхности земли и имеет форму сферы. Различают низкий () и высокий () воздушные взрывы.
При низком воздушном взрыве за счет воздействия отраженной от поверхности земли ударной волны светящаяся область может деформироваться снизу. Воздушные ядерные взрывы применяются для разрушения малопрочных сооружений, поражения людей и техники на большой площади и когда нежелательно (нецелесообразно) сильное радиоактивное заражение местности.
Подводный взрыв - взрыв, произведенный под водой на глубине, которая может колебаться в больших пределах. При взрыве выбрасывается столб воды с грибовидным облаком, которое называется взрывным султаном.
Основными поражающими факторами подводного взрыва являются ударная волна в воде, скорость распространения которой равна скорости распространения звука в воде, т. е. примерно 1500 м/с световое излучение и проникающая радиация, которые в этом случае в основном поглощаются толщей воды и водяными парами.
Точка, в которой находится центр огненного шара, называется центром ядерного взрыва, а проекция центра взрыва на поверхность земли - эпицентром ядерного взрыва.
2.2.Поражающие факторы ядерного взрыва и их воздействие на элементы объектов полиграфии
Огромное количество энергии, высвобождающейся при ядерном взрыве, расходуется на образование воздушной ударной волны, светового излучения, проникающей радиации, электромагнитного импульса, на радиоактивное заражение местности. Все это называется поражающими факторами ядерного взрыва. Рассмотрим их характетики и поражающее действие.
•2.2.1. Воздушная ударная волна
Ударная волна - основной поражающий фактор ядерного взрыва.
Большинство разрушений и повреждений зданий, сооружений и оборудования объектов полиграфии (ОЭ), а также поражение людей обусловлено, как правило, воздействием воздушной ударной волны (ВУВ). В то же время защитить объекты полиграфии от ВУВ гораздо труднее, чем от других поражающих факторов. В зависимости от того, в какой среде распространяется волна - в воздухе, воде или грунте, ее называют воздушной ударной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной в грунте.
Воздушная ударная волна представляет собой зону сильно сжатого воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница волны называется фронтом воздушной ударной волны.
Ударная волна имеет фазу сжатия и фазу разрежения. В фазе сжатия ударной волны давление выше атмосферного, а в фазе разрежения - ниже. Наибольшее давление воздуха наблюдается на внешней границе фазы сжатия - во фронте волны.
На рис. 2.1 показано изменение давления воздуха в какой-либо фиксированной точке пространства при прохождении через нее ударной волны (время действия измеряется в секундах). Как видно из рисунка, в момент прихода ударной волны давление повышается от нормального - (атмосферного) p0 до максимального во фронте воздушной ударной волны pф. В дальнейшем по мере продвижения ударной волны давление падает ниже атмосферного.
Рис. 2.1. Изменение давления в фиксированной точке на местности в зависимости от времени и действия ударной волны на местные предметы: 1 - фронт ударной волны; 2 - кривая изменения давления
Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются: избыточное давление Δpф, скоростной напор Δpск, время действия ударной волны tу.в., скорость фронта ударной волны Cф.
Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны Δpф - это разница между максимальным давлением воздуха во фронте ударной волны pф и атмосферным давление p0:
Δpф = pф - p0
Единицей физической величины избыточного давления в системе СИ является паскаль (Па) (внесистемная единица - кгс/см2; 1 кгс/см2 ≈ 100 кПа).
Избыточное давление в данной точке зависит от расстояния до центра взрыва мощности ядерного боеприпаса q измеряемой тротиловым эквивалентом в тоннах, килотоннах или мегатоннах (т, кт, Мт), и вида взрыва.
В приложении 1 приведены значения избыточного давления в зависимости от рассояния до цнетра взрыва для ядерных боеприпасов различных мощностей при наземном и воздушном взрывах.
Одновременно с прохождением ударной волны происходит перемещение воздуха с большой скоростью. Причем в фазе сжатия воздух движется от центра взрыва, а в фазе разрежения - к центру.
Скоростной напорΔpск - это динамические нагрузки, создаваемые потоками воздуха, движущимися в волне. Как и избыточное давление, скоростной напор измеряется в паскалях (Па). Он зависит от плотности воздуха, скорости воздушных масс и связан с избыточным давлением ударной волны.
Разрушающее (метательное) действие скоростного напора заметно сказывается в местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с.
Время действия воздушной ударной волныtу.в. - это время действия избыточного давления. Величина tв.у. зависит главным образом от мощности взрыва q и измеряется в секундах.
На распространение воздушной ударной волны и ее разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.
Рельеф местности может усилить или ослабить действие ударной волны. Так, на передних (обращенных в сторону взрыва) склонах возвышенностей и в лощинах, расположенных вдоль направления движения волны, давление выше, чем на равнинной местности. При крутизне склонов (угол наклона склона к горизонту) 10-15° давление на 15-35% выше, чем на равнинной местности; при крутизне склонов 15-30° давление может увеличиться в 2 раза.
На обратных по отношению к центру взрыва склонах возвышенностей, а также в узких лощинах и оврагах, расположенных под большим углом к направлению распространения волны, возможно уменьшение давления волны и ослабление ее поражающего действия. При крутизне склона 15-30° давление уменьшается в 1,1-1,2 раза, а при крутизне 45-60° - в 1,5-2 раза.
В лесных массивах избыточное давление на 10-15% больше, чем на открытой местности. Вместе с тем в глубине леса (на расстоянии 50-200 м и более от опушки в зависимости от густоты леса) наблюдается значительное снижение скоростного напора.
Метеорологические условия существенно влияют только на параметры слабой воздушной ударной волны, т. е. на волны с избыточным давлением не более 10 кПа.
Так, например, при воздушном взрыве мощностью 100 кт это влияние будет проявляться на расстоянии 12-15 км от эпицентра взрыва. Летом в жаркую погоду характерно ослабление волны по всем направлениям, а зимой - ее усиление, особенно в направлении ветра.
Дождь и туман также могут заметно повлиять на параметры ударной волны, начиная с расстояний, где Δpф = 200-300 кПа и менее. Например, там, где избыточное давление ударной волны при нормальных условиях 30 кПа и менее, в условиях среднего дождя давление уменьшается на 15%, и сильного (ливневого) - на 30%. При взрывах в условиях снегопада давление в ударной волне снижается весьма незначительно и его можно не учитывать.
Для определения избыточного давления, скоростного напора и их параметров, а также нагрузок, которые испытывают инженерные сооружения, оборудование, техника, аналитические зависимости и необходимые данные приведены в приложениях 2 и 3.
Воздушная ударная волна ядерного взрыва способна наносить человеку различные травмы, в том числе и смертельные. Площадь поражения ударной волной при ядерном взрыве имеет значительно большие размеры, чем при взрыве боеприпасов в обычном снаряжении.
Поражение людей происходит как при непосредственном (прямом) воздействии воздушной ударной волны, так и косвенным путем.
При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у людей является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар (обжатие человека). При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т.д. Кроме того, скоростной напор воздуха, обусловливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствия) различные повреждения.
Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с, что в 3 раза превышает скорость ураганного ветра.
Характер и тяжесть поражения людей зависят от значений параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получают люди, находящиеся в момент прихода ударной волны вне укрытий в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лежа.
Поражения, возникающие под действием ударной волны, подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные).
Легкие поражения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны Δpф = 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см2) и характеризуются легкой контузией, временной потерей слуха, ушибами и вывихами.
Средние поражения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны Δpф≈ 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см2) и характеризуются травмами мозга с потерей человеком сознания, повреждением органов слуха, кровотечениями из носа и ушей, переломами и вывихами конечностей.
Тяжелые и крайне тяжелые поражения возникают при избыточных давлениях соответственно Δpф≈ 60-100 кПа (0,6-1,0 кгс/см2) и Δpф > 100 кПа (1,0 кгс/см2) и сопровождаются травмами мозга с длительной потерей сознания, повреждением внутренних органов, тяжелыми переломами конечностей и т.д.
Кроме непосредственного поражения ударной волной люди и животные могут получить от нее косвенные поражения (различные травмы вплоть до смертельной). Они проявляются в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею, а также при нахождении людей в разрушающихся зданиях.
При воздействии воздушной ударной волны здания и сооружения могут получать полные, сильные, средние и слабые разрушения. В приложении 4 приведены степени разрушений элементов объекта полиграфии (ОЭ) при различных значениях избыточных давлений. Разрушение малоразмерных сооружений происходит в основном под действием скоростного напора воздуха.
Полное разрушение характеризуется обрушиванием всех стен и перекрытий. Из обломков образуются завалы. Восстановление зданий невозможно.
Сильное разрушение характеризуется обрушиванием части стен и перекрытий. В многоэтажных домах сохраняются нижние этажи. Использование и восстановление этих зданий невозможно или нецелесообразно.
Среднее разрушение характеризуется разрушением главным образом встроенных элементов (внутренних перегородок, дверей, окон, крыш, печных и вентиляционных труб), появлением трещин в стенах, обрушиванием чердачных перекрытий и отдельных участков верхних этажей. Подвалы и нижние этажи пригодны для временного использования после разборки завалов над входами. Вокруг зданий завалов не образуется. Восстановление зданий возможно (капитальный ремонт).
Слабые разрушения характеризуются поломкой оконных и дверных заполнений, легких перегородок, появлением трещин в стенах верхних этажей. Восстановление возможно силами работников объектов полиграфии (ОЭ).
Степень разрушения технологического оборудования будет зависеть только от величины ударной волны в прочных зданиях и сооружениях, а в сооружениях с низкими прочностными характеристиками состояние технологического оборудования будет зависеть от воздействия воздушной ударной волны и состояния зданий и сооружений.
Заглубленные сооружения (убежища ГО, ПРУ, подземные коммуникации) разрушаются в меньшей степени, чем наземные сооружения. Воздушная ударная волна вызывает также разрушение лесных массивов. Так, при избыточном давлении более 50 кПа лес полностью уничтожается и местность имеет такой вид словно бы на ней никогда не было никакой растительности; здесь нет ни завалов ни пожаров. При избыточном давлении от 50 до 30 кПа вырываются или ломаются около 50% деревьев, а при давлении 30-10 кПа - до 30% деревьев. Молодые деревья, кустарники устойчивее к воздействию ударной волны, чем старые.
Злаковые культуры под действием скоростного напора частично вырываются с корнем, частично засыпаются пыльной бурей и полегают.
Характеристика различных степеней разрушения элементов зданий и сооружений при воздействии воздушной ударной волны приведены в приложении 5.
•2.2.2. Световое (тепловое) излучение
Световое излучение ядерного взрыва представляет собой электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра.
Источником светового излучения является светящаяся область (огненный шар), состоящая из раскаленных продуктов взрыва и воздуха. Из этой области излучается огромное количество лучистой энергии в чрезвычайно короткий промежуток времени, вследствие чего происходят быстрый нагрев облучаемых предметов, обугливание или воспламенение горючих материалов и ожог биологических тканей.
На долю светового излучения приходится 30-40% всей энергии ядерного или термоядерного взрыва.
Основным параметром, характеризующим поражающее действие светового излучения, является световой импульс Uсв. Световой импульс - это количество световой энергии, падающей на 1 м2 освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, за все время свечения области взрыва (огненного шара).
В единицах СИ световой импульс измеряется в Дж/м2. Внесистемная единица - кал/см2: 1 кал/см2 ≈ 42 кДж/м2. Продолжительность светового импульса tс.в., с зависит от мощности боеприпаса и определяется по формуле
где q - мощность боеприпаса, кт.
Световой импульс в данной точке прямо пропорционален мощности ядерного взрыва и обратно пропорционален квадрату расстояния до центра взрыва. На световой импульс также влияют вид ядерного взрыва, состояние (прозрачность) атмосферы и другие факторы.
При наземных взрывах световой импульс на поверхности земли при тех же расстояниях примерно на 40% меньше, чем при воздушных взрывах такой же мощности. Объясняется это тем, что в горизонтальном направлении излучает поверхность не всей сферы огненного шара, а лишь полусферы, хотя и большего радиуса.
Если земная поверхность хорошо отражает свет (снежный покров, асфальт, бетон и др.), то суммарный световой импульс (прямой и отраженный) при воздушном взрыве может быть больше прямого в 1,5-2 раза.
В атмосфере лучистая энергия всегда ослабляется из-за рассеивания и поглощения света частицами пыли, дыма, каплями влаги (туман, дождь, снег). Степень прозрачности атмосферы принято оценивать коэффициентом K, характеризующим степень ослабления светового потока. Считается, что в крупных промышленных городах степень прозрачности атмосферы можно охарактеризовать видимостью в 10-20 км; в пригородных районах - 30-40 км; в районах сельской местности 60-80 км.
Световое излучение, падающее на объект, частично поглощается, частично отражается, а если объект пропускает излучение, то частично проходит сквозь него. Стекло, например, пропускает более 90% энергии светового излучения. Поглощенная световая энергия преобразуется в тепловую, вызывает нагрев, воспламенение или обугливание преграды (объекта). Световое излучение поражает людей, воздействует на здания, сооружения, технику и леса, вызывая нагрев, воспламенение, пожары или обугливание преграды.
На открытой местности световое излучение обладает большим радиусом действия по сравнению с ударной волной и проникающей радиацией.
Величины световых импульсов при различных мощностях ядерных боеприпасов и расстояниях до центра взрыва приведены в приложении 7.
Световое излучение, воздействуя на людей, вызывает ожоги открытых и защищенных одеждой участков тела, глаз и временное ослепление. В зависимости от величины светового импульса различают ожоги кожи четырех степеней (табл. 2.1).
Таблица 2.1.
| Степень ожога | Открытые участки кожи при мощности взрыва, тыс. т (кт) | Участки кожи под одеждой | ||||
| 1 | 10 | 100 | 1000 | летней | зимней | |
| Первая | 2,4 | 3,2 | 4,8 | |||
| Вторая | ||||||
| Третья | ||||||
| Четвертая | более 8 | более 9 | более 1 | более 12 | более 15 | более 50 |
Ожог первой степени характеризуется поверхностными поражениями кожи, внешне проявляющимися в ее покраснении; ожог второй степени - образованием пузырей, наполненных жидкостью; ожог третьей степени вызывает омертвление глубоких слоев кожи; при ожоге четвертой степени обугливаются кожа, подкожная клетчатка или более глубокие ткани.
Тяжесть поражения людей световым излучением зависит не только от степени ожога, но и от его места и площади обожженных участков кожи. Люди выходят из строя, становятся нетрудоспособными при ожогах второй и третьей степени открытых участков тела (лицо, шея, руки) или под одежой при ожогах второй степени на площади не менее 3% поверхности тела (около 500 см2).
Величины световых импульсов, соответствующие ожогам кожи разной степени, кал/см2
Ожоги глазного дна возможны только при непосредственном взгляде на взрыв. Ожоги век и роговицы глаза возникают при тех же величинах импульсов, что и ожоги открытых участков кожи.
Временное ослепление, как обратимое нарушение зрения, наступает при внезапном изменении яркости поля зрения, обычно ночью и в сумерки. Ночью временное ослепление носит массовый характер и может продолжаться от нескольких секунд до нескольких десятков минут.
Поражающее действие светового излучения в лесу значительно снижается, что приводит к уменьшению радиусов поражения людей в 1,5-2 раза по сравнению с открытой местностью. Однако необходимо помнить, что световое излучение при воздействии на некоторые материалы вызывает их воспламенение и приводит к возникновению пожаров. В населенных пунктах они возникают при световых импульсах от 6 до 16 кал/см2. При легкой дымке импульс уменьшается в 2 раза, при легком тумане - в 10 раз, при густом - в 20 раз.
Световое излучение в сочетании с ударной волной приводит к многочисленным пожарам и взрывам в результате разрушений в населенных пунктах газовых коммуникаций, повреждений в электросетях и емкостей ГСМ.
Степень поражающего действия светового излучения резко снижается при условии своевременного оповещения людей, использования ими защитных сооружений, естественных укрытий, (особенно лесных массивов и складок рельефа), индивидуальных средств защиты (защитной одежды, очков) и строгого выполнения противопожарных мероприятий. Аналитические зависимости и необходимые данные для расчета теплового импульса от ядерного взрыва любой мощности на различных расстояниях от центра (эпицентра) взрыва приведены в приложении 2.
Проникающая радиация
Проникающей радиацией ядерного взрыва называют поток гамма-излучения и нейтронов, испускаемых из зоны и облака ядерного взрыва.
Источником проникающей радиации является цепная ядерная реакция, протекающая в боеприпасе в момент взрыва, и радиоактивный распад осколков (продуктов) деления в облаке взрыва. Время действия проникающей радиации на наземные объекты составляет 15-25 с 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. Гамма и нейтронное излучение, так же как альфа и бета-излучение, различаются по своему характеру, однако общим для них является то, что они могут ионизировать и возбуждать атомы той среды, в которой они распространяются.
Альфа- и бета-излучения также испускаются из зоны и облака ядерного взрыва, но в этом случае из-за своего кратковременного действия не оказывают поражающего действия на окружающую среду и человека.
Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц распространяющихся с начальной скоростью около 20 000 км/с. Альфа-частицей называется ядро гелия, состоящее из 2-х нейтронов и 2-х протонов. Каждая альфа-частица несет с собой определенную энергию. Из-за относительно малой скорости и значительного заряда альфа-частицы взаимодействуют с веществом наиболее эффективно, так как обладают большой ионизирующей способностью, вследствие чего их проникающая способность незначительна. Лист бумаги полностью задерживает альфа-частицы. Надежной защитой от альфа-частиц при внешнем облучении явлется одежда человека.
Бета-излучение представляет собой поток бета-частиц. Бета-частицей называется излученный электрон или позитрон. Бета-частицы в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (200-270 тыс. км/с). Их заряд меньше, скорость больше, а масса в 700 раз меньше массы альфа-частиц. Поэтому бета-частицы обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью, чем альфа-частицы. Одежда человека поглощает до 50% бета-частиц. Следует отметить, что бета-частицы почти полностью поглощаются оконными или автомобильными стеклами и металлическими экранами толщиной в несколько мм.
Поскольку альфа- и бета-излучения обладают малой проникающей, но большой ионизирующей способностью, то они более опасны ри попадании внутрь организма или непосредственно на кожу (особенно на слизистые глаз).
Альфа- и бета-излучения, проходя через вещество, в основном взаимодействуют с электронами атомов, передавая им свою энергию, которая расходуется на ионизацию (отрыв электрона от атома) и возбуждение атома (перевод электрона на более удаленную от ядра оболочку). Число ионизированных и возбужденных альфа-частицей атомов на единице пути в среднем в сотни раз больше, чем возбужденных и ионизированных бета-частицей, а пробег альфа-частиц в мышечной ткани в 1000 раз меньше пробега бета-частиц той же энергии.
Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при ядерных превращениях. По своей природе гамма-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (меньшей длиной волны), испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света.
Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов. Скорость нейтронов может достигать 20 000 км/с.
Гамма-излучение и нейтроны, не имея электрического заряда, обладают большой проникающей способностью в среде, так как слабо взаимодействуют с ней. Пробег гамма-квантов и нейтронов в воздухе может достигать нескольких сот метров.
Поглощаясь в среде, излучения проникающей радиции вызывают в ней ионизацию атомов и молекул, что в свою очередь может привести к поражению людей, радиоэлектронной аппаратуры, различных приборов, сложных систем и т.п. В конечном итоге проникающая радиация при определенных условиях может повлиять на устойчивое функционирование предприятий полиграфии.
Поражение людей проникающей радиацией зависит от дозы излучения. Фундаментальной дозиметрической величиной является поглощенная доза (D). Поглощенная доза - это средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу массой dm, находящемуся в элементарном объеме:
В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж * кг-1), и имеет специальное название - грей (Гр).
Если излучения обладают разной способностью ионизировать среду, то оценивать их воздействие необходимо эквивалетной дозой - HR:
где W - взвешивающий коэффициент для излучения R.
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж * кг-1, имеющий специальное название зиверт (Зв).
Поражение людей определяется суммарной дозой гамма-излучения и нейтронов. Поэтому
где Wj и Wn - взвешивающие коэффициенты для гамма- и нейтронного излучения соответственно. Взвешивающий коэффициент для гамма-излучения равен единице для фотонов любых энергий, а взвешивающий коэффициент для нейтронов зависит от их энергии и составляет для энергий:
менее 10 кэВ - 5
от 10 кэВ до 100 кэВ - 10
от 100 кэВ до 2 МэВ - 20
от 2 МэВ до 20 МэВ - 10
более 20 МэВ - 5.
Однако поражающее действие проникающей радиации определяется в большинстве случаев действием гамма-квантов, так как на одинаковых расстояниях от центра взрыва доза гамма-излучения обычно в несколько раз превышает дозу нейтронов (это утверждение не относится к специальным термоядерным зарядам, получившим название «нейтронные заряды (бомбы)»).
При получении определенных доз человеком у него происходит нарушение нормального обмена веществ, изменение характера жизнедеятельности клеток, отдельных органов и систем организма, в результате чего может возникнуть лучевая болезнь различной степени тяжести.
Лучевая болезнь I степени (легкая возникает при суммарной дозе излучения (1-2 Гр). Скрытый период продолжается 3-5 недель, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, повышение температуры. После выздоровления трудоспособность людей, как правило сохраняется.
Лучевая болезнь II степени (средняя) возникает при суммарной поглощенной дозе излучения (2-4 Гр). В течение первых 2-3 суток наблюдается бурная первичная реакция организма (тошнота и рвота). Затем наступет скрытый период, длящийся 15-20 суток. Признаки заболевания уже выражены более ярко. Выздоровление при активном лечении наступает через 2-3 месяца.
Лучевая болезнь III степени (тяжелая) наступает при поглощенной дозе излучения (4-6 Гр). Первичная реакция резко выражена. Скрытый период составляет 5-10 суток. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 3-6 месяцев.
Лучевая болезнь IV степени (крайне тяжелая), наступающая при поглощенной дозе свыше (6 Гр). Является наиболее опасной и, как правило, приводит к смертельному исходу.
При поглощенной дозе излучения свыше (50 Гр). Возникает молниеносная форма лучевой болезни. Первичная реакция при этом возникает в первые минуты после облучения, а скрытый период вообще отсутствует. Пораженные погибают в первые дни после облучения.
Следует иметь в виду, что даже небольшие дозы излучения снижают сопротивляемость организма к инфекциям, приводят к кислородному голоданию тканей, ухудшению процесса свертывания крови.
Ориентировочные радиусы зон поражения для различных экспозиционных доз гамма-излучений в зависимости от мощностей взрывов ядерных боеприпасов в приземном слое приведены в табл. 2.2. Зависимость для определения доз проникающей радиации приведены в приложении 2.
Таблица 2.2.
| Экспозиционная доза, Гр (Р) Расстояние от центра взрыва, км |
| Тротиловый эквивалент |
| 20 кт 100 кт 1 Мт 5 Мт 10 Мт |
| 5 (500) 1,2 1,65 2,4 3,0 3,4 |
| 3 (300) 1,4 1,8 2,6 3,2 3,6 |
| 2 (200) 1,5 1,9 2,8 3,4 3,9 |
| 1 (100) 1,6 2,1 3,0 3,6 4,2 |
| 0,5 (50) 1,8 2,25 3,2 3,8 4,5 |
Радиационные повреждения. При воздушных (приземных) и наземных ядерных взрывах дозы проникающей радицации на тех расстояниях, где ударная волна выводит из строя здания, сооружения, оборудование и другие элементы производства, в большинстве случаев для объектов полиграфии являются безопасными. Но с увеличением высоты взрыва все большее значение в поражениях объекта приобретает проникающая радиация.
Проходя через материалы, поток гамма-квантов и нейтронов вызывает в них различные изменения. Так при дозах проникающей радиции в несколько сотых долей грея (несколько Р) засвечиваются фотоматериалы, находящиеся в светонепроницаемых упаковках, а при дозах в несколько единиц грея (сотни Р) выходит из стоя полупроводниковая радиоэлектронная аппаратура, темнеют стекла оптических приборов.
Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, элементах радиотехнической, электротехнической, оптической и другой аппаратуры.
Необратимые изменения в материалах вызываются нарушениями структуры кристаллической решетки вещества вследствие возникновения дефектов (в неорганических и полупроводниковых материалах), а также в результате прохождения различных физико-химических процессов. Такими процессами являются: радиационный нагрев, происходящий вследствие преобразования поглощенной энергии проникающей радиации в тепловую; окислительные химические реакции, приводящие к окислению контактов и поверхностей электродов; деструкция и «сшивание» молекул в полимерных материалах, приводящие к изменению физико-механических и электрических параметров; газовыделения и образование пылеобразных продуктов, которые могут вызвать вторичные факторы воздействий (взрывы в замкнутых объемах, запыление отдельных деталей приборов и т.д.). В результате радиакционного захвата нейтронов возможно образование примесей радиоактивных веществ. В процессе распада образовавшихся радиоактивных ядер происходит радиационное излучение, которое может воздействовать на электрические параметры элементов и схем, а также затруднять ремонт и эксплуатацию аппаратуры. Наиболее опасны по вторичному излучению изделия, изготовленные из материалов, содержащих бор, марганец, кадмий, индий, серебро и др.
Обратимые изменения как правило являются следствием ионизации материалов и окружающей среды. Они проявляются в увеличении концентрации носителя тока, что приводит к возрастанию утечки тока, снижению сопротивления в изоляционных, полупроводниковых, проводящих материалах и газовых промежутках. Обратимые изменения в материалах, элементах и аппаратуре в целом могут возникать при мощностях экспозиционных доз 1000 Р/с (10 Гр/с). Проводимость воздушных промежутков диэлектрических материалов начинает существенно увеличиваться при мощностях доз 10 000 Р/С (100 Гр/с) и более.
Проникающая радиация, проходя через различные среды (материалы), ослабляется. Степень ослабления зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя. Нейтроны ослабляются в основном за счет взаимодействия с ядрами атомов.
Энергия гамма-квантов при прохождении через вещества расходуется в основном на взаимодействие с электронами атомов. Характеристка способности того или иного материала ослаблять гамма-кванты или нейтроны, а также порядок определения коэффициента ослабления (защиты) различными преградами рассмотрены в п. 6.4 (лекция 6).
На объектах, оснащенных электронной, электронно-технической и оптической аппаратурой, следует предусматривать меры по защите этой аппаратуры от воздействия проникающей радиации. Повышение радиационной стойкости аппаратуры можно достичь путем: применения радиационностойких материалов и элементов; создания схем, малокритичных к изменениям электрических параметров элементов, компенсирующих и отводящих дополнительные токи, выключающих отдельные блоки и элементы на период воздействия ионизирующих излучений; увеличения расстояния между элементами, находящимися под электрической нагрузкой; снижения рабочих напряжений на них; регулирования тепловых, электрических и других нагрузок; применения различного рода заливок, непроводящих ток при облучении; создания на объектах специальных защитных экранов (защитных толщ) для ослабления действия проникающей радиации на аппаратуру.
Доза проникающей радиации 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. Значение мощности дозы проникающей радиации в зависимости от мощности ядерного взрыва и расстояния до центра взрыва приведены