Радиоактивные осадки - Nuclear fallout

Ядерные осадки - это остаточный радиоактивный материал, выброшенный в верхние слои атмосферы после ядерного взрыва , названный так потому, что он «выпадает» с неба после взрыва и прохождения ударной волны . Обычно это радиоактивная пыль и пепел, образующиеся при взрыве ядерного оружия . Количество и распространение радиоактивных осадков зависит от размера оружия и высоты, на которой оно взорвалось. Осадки могут быть увлечены продуктами пирокучевого облака и выпадать в виде черного дождя (дождь, затемненный сажей и другими твердыми частицами, выпавший в течение 30–40 минут после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки ). Эта радиоактивная пыль, обычно состоящая из продуктов деления, смешанных с находящимися поблизости атомами, которые активируются нейтронами при облучении , является формой радиоактивного загрязнения .

Типы осадков

Атмосферные испытания ядерного оружия почти удвоили концентрацию радиоактивного 14 C в Северном полушарии , прежде чем уровни постепенно снизились после Договора о частичном запрещении испытаний .

Fallout бывает двух разновидностей. Первый - это небольшое количество канцерогенного материала с длительным периодом полураспада . Второй, в зависимости от высоты детонации, - это большое количество радиоактивной пыли и песка с коротким периодом полураспада.

Все ядерные взрывы производят продукты деления , неделившийся ядерный материал и остатки оружия, испаряющиеся от тепла огненного шара. Эти материалы ограничены исходной массой устройства, но включают радиоизотопы с длительным сроком службы. Когда ядерный огненный шар не достигает земли, это единственный выпад. Его количество можно оценить по конструкции термоядерного синтеза и мощности оружия.

Глобальные последствия

После взрыва оружия на высоте без выпадений или выше ( воздушный взрыв ) продукты деления , неделившийся ядерный материал и остатки оружия, испаренные теплом огненного шара, конденсируются в суспензию частиц размером от 10  нм до 20  мкм. в диаметре. Такой размер твердых частиц , поднявшихся в стратосферу , может занять месяцы или годы, и это может произойти в любой точке мира. Его радиоактивные характеристики увеличивают статистический риск рака. Повышенная атмосферная радиоактивность остается измеримой после широкомасштабных ядерных испытаний 1950-х годов.

Радиоактивные осадки произошли по всему миру; например, люди подверглись воздействию йода-131 в результате ядерных испытаний в атмосфере. Осадки накапливаются на растительности, включая фрукты и овощи. Начиная с 1951 года люди могли подвергаться воздействию, в зависимости от того, находились ли они на улице, прогноза погоды и употребляли ли они зараженное молоко, овощи или фрукты. Воздействие может быть в промежуточном временном масштабе или долгосрочном. Промежуточный временной масштаб обусловлен выпадением осадков, попавших в тропосферу и выброшенных осадками в течение первого месяца. Иногда в результате осаждения крошечных частиц, переносимых в стратосфере, могут происходить долгосрочные осадки. К тому времени, когда стратосферные осадки начали достигать Земли, радиоактивность очень сильно снизилась. Кроме того, по оценкам, через год значительное количество продуктов деления перемещается из северной стратосферы в южную. Промежуточная шкала времени составляет от 1 до 30 дней, после чего происходят долгосрочные выпадения.

Примеры как среднесрочных, так и долгосрочных выпадений произошли после аварии на Чернобыльской АЭС . Чернобыль был ядерным энергетическим объектом в Советском Союзе. В 1986 году он случайно заразил около 5 миллионов акров (20 000  км 2 ) в Украине . Основным топливом реактора был уран , а вокруг него был графит, оба из которых испарились в результате взрыва водорода, который разрушил реактор и пробил его защитную оболочку. По оценкам, 31 человек погиб в течение нескольких недель после этого, в том числе двое рабочих завода погибли на месте происшествия. Хотя жители были эвакуированы в течение 36 часов, люди начали жаловаться на рвоту, мигрень и другие серьезные признаки лучевой болезни . Официальным лицам Украины пришлось перекрыть 18-мильный участок. Долгосрочные эффекты включали не менее 6000 случаев рака щитовидной железы , в основном среди детей. Осадки распространились по всей Западной Европе, при этом Северная Скандинавия получила большую дозу, заразив стада оленей в Лапландии, а салатная зелень стала почти недоступной во Франции.

Местные осадки

Во время взрыва устройств на уровне земли ( поверхностный взрыв ), ниже высоты, на которой отсутствуют выпадения радиоактивных осадков, или на мелководье, тепло испаряет большое количество земли или воды, которые втягиваются в радиоактивное облако . Этот материал становится радиоактивным, когда он соединяется с продуктами деления или другими радиоактивными загрязнителями, или когда он активируется нейтронами .

В таблице ниже суммирована способность обычных изотопов образовывать осадки. Некоторые виды радиации заражают большое количество земли и питьевой воды, вызывая формальные мутации в жизни животных и человека.

Шлейф выпадения осадков в 450 км (280 миль) от 15-метрового выстрела в замке Браво , 1954 год.
Таблица (по Т. Иманака и др. ) Относительной способности изотопов образовывать твердые тела
Изотоп 91 Sr 92 Sr 95 Zr 99 Пн 106 руб. 131 Сб 132 Те 134 Те 137 Cs 140 Ba 141 Ла 144 CE
Огнеупорный индекс 0,2 1.0 1.0 1.0 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,3 0,7 1.0
Дозы в щитовидной железе на душу населения в континентальной части США в результате всех путей облучения в результате всех ядерных испытаний в атмосфере, проведенных на испытательном полигоне в Неваде в 1951–1962 гг.

При поверхностном взрыве образуется большое количество твердых частиц, состоящих из частиц от менее 100 нм до нескольких миллиметров в диаметре, в дополнение к очень мелким частицам, которые способствуют глобальному выпадению осадков. Более крупные частицы высыпаются из ствола и каскадом стекают вниз по внешней стороне огненного шара с нисходящим потоком, даже когда облако поднимается, поэтому осадки начинают приходить около нуля в течение часа. Более половины всех обломков бомб падает на землю в течение примерно 24 часов в виде местных осадков. Химические свойства элементов в радиоактивных осадках определяют скорость их выпадения на землю. Первыми откладываются менее летучие элементы.

Сильное локальное загрязнение радиоактивными осадками может выходить далеко за рамки взрывных и тепловых воздействий, особенно в случае поверхностных взрывов с высокой мощностью. Наземный путь выпадения осадков от взрыва зависит от погоды, начиная с момента взрыва. При более сильном ветре радиоактивные осадки распространяются быстрее, но для их спуска требуется такое же время, поэтому, хотя они покрывают более обширный путь, они более распространены или разбавлены. Таким образом, ширина диаграммы выпадений для любой заданной мощности дозы уменьшается, если расстояние по ветру увеличивается из-за более сильного ветра. Общее количество активности, выпавшей до любого заданного времени, одинаково независимо от характера ветра, поэтому общие цифры потерь от радиоактивных осадков, как правило, не зависят от ветра. Но грозы могут снизить активность, поскольку дождь позволяет выпадать осадкам быстрее, особенно если грибовидное облако достаточно низко, чтобы находиться ниже («размыв») или смешаться с (« выпадение дождя ») грозой.

Когда люди остаются в радиологически загрязненной зоне, такое заражение приводит к немедленному внешнему облучению, а также к возможной в дальнейшем внутренней опасности от вдыхания и проглатывания радиоактивных загрязнителей, таких как довольно короткоживущий йод-131 , который накапливается в щитовидной железе. .

Факторы, влияющие на выпадение осадков

Место нахождения

При выборе места взрыва необходимо учитывать два основных фактора: высоту и состав поверхности. Ядерное оружие, взорванное в воздухе, называемое воздушным взрывом , производит меньше радиоактивных осадков, чем сопоставимый взрыв у земли. Ядерный взрыв, при котором огненный шар касается земли, втягивает почву и другие материалы в облако, и нейтрон активирует его, прежде чем оно упадет обратно на землю. Воздушный взрыв производит относительно небольшое количество высокорадиоактивных компонентов из тяжелых металлов самого устройства.

В случае прорыва на водной поверхности частицы имеют тенденцию быть более легкими и меньшими, производя меньше локальных осадков, но распространяясь на большую площадь. Частицы содержат в основном морские соли с небольшим количеством воды; они могут иметь эффект засева облаков, вызывая локальные дожди и области с сильными локальными выпадениями. Осадки, выпавшие в результате прорыва морской воды, трудно удалить после того, как они проникли в пористые поверхности, потому что продукты деления присутствуют в виде ионов металлов, которые химически связываются со многими поверхностями. Промывка водой и моющими средствами эффективно удаляет менее 50% этой химически связанной активности с бетона или стали . Полная дезактивация требует агрессивной обработки, такой как пескоструйная или кислотная обработка. После подводных испытаний Crossroads было обнаружено, что влажные осадки должны быть немедленно удалены с судов путем непрерывной промывки водой (например, из системы пожаротушения на палубах).

Части морского дна могут выпадать из осадка. После испытания Castle Bravo белая пыль - загрязненные частицы оксида кальция, происходящие из измельченных и кальцинированных кораллов - падала в течение нескольких часов, вызывая бета-ожоги и облучение жителей близлежащих атоллов и экипаж рыбацкого судна Daigo Fukuryū Maru . Ученые назвали выпавший в Бикини снегом .

Для подповерхностных всплесков существует дополнительное явление, называемое « выбросом основания ». Базовая волна - это облако, которое катится наружу от нижней части проседающей колонны, что вызвано чрезмерной плотностью пыли или капель воды в воздухе. Для подводных взрывов видимый всплеск, по сути, представляет собой облако капель жидкости (обычно воды), обладающее свойством течь почти так, как если бы это была однородная жидкость. После испарения воды может сохраняться невидимый базовый выброс мелких радиоактивных частиц.

В случае подземных наземных взрывов волна состоит из мелких твердых частиц, но по-прежнему ведет себя как жидкость . Почвенно-земная среда способствует образованию нагонов основания при подземном прорыве. Хотя базовый выброс обычно составляет только около 10% от общего количества обломков бомбы при подземном взрыве, он может создавать большие дозы радиации, чем выпадение осадков вблизи места взрыва, потому что оно приходит раньше, чем выпадение осадков, до того, как произойдет значительный радиоактивный распад.

Метеорологический

Сравнение контуров дозы выпадения гамма-излучения и мощности дозы для взрыва на поверхности земли делением мощностью 1 Мт, основанное на расчетах DELFIC. Из-за радиоактивного распада после выпадения радиоактивных осадков контуры мощности дозы сужаются, но контуры дозы продолжают расти.

Метеорологические условия сильно влияют на выпадение осадков, особенно местных осадков. Атмосферные ветры могут переносить осадки на большие площади. Например, в результате взрыва на поверхности Касл Браво термоядерного устройства мощностью 15 Мт на атолле Бикини 1 марта 1954 г. в Тихоокеанском регионе, имеющем форму сигары, простиралась более 500 км с подветренной стороны и варьировалась по ширине до 100 км. км был сильно загрязнен. Есть три очень разные версии картины выпадения осадков в результате этого испытания, потому что выпадение осадков было измерено только на небольшом количестве широко разнесенных Тихоокеанских атоллов. Две альтернативные версии обе приписывают высокие уровни радиации на севере Ронгелапа горячей точке с подветренной стороны, вызванной большим количеством радиоактивности, переносимой частицами осадков размером около 50–100 микрометров.

После Браво было обнаружено, что выпадение осадков в океане распространяется в верхнем слое воды (над термоклином на глубине 100 м), и мощность эквивалентной дозы на суше может быть рассчитана путем умножения мощности дозы в океане через два дня после взрыва на величину фактор около 530. В других испытаниях 1954 года, включая Янки и Нектар, горячие точки были нанесены на карту кораблями с погружными зондами, и аналогичные горячие точки возникли в испытаниях 1956 года, таких как Зуни и Тева . Тем не менее, в основных компьютерных расчетах США " DELFIC " (Код интерпретации осадков на суше обороны) используется естественное распределение частиц по размерам в почве вместо спектра сглаживания после ветра , и это приводит к более простым схемам выпадения осадков, в которых отсутствует горячая точка с подветренной стороны.

Снег и дождь , особенно если они идут со значительной высоты, ускоряют выпадение местных осадков. В особых метеорологических условиях, таких как местный ливневый дождь, который возникает над радиоактивным облаком, могут образоваться ограниченные области сильного загрязнения сразу с подветренной стороны от ядерного взрыва.

Эффекты

Облучение животных может сопровождаться широким спектром биологических изменений. Они варьируются от быстрой смерти в результате высоких доз проникающего излучения всего тела до практически нормальной жизни в течение переменного периода времени до развития эффектов отсроченного излучения в части облученного населения после воздействия низких доз.

Единицей измерения фактического воздействия является рентген , определяемый в единицах ионизации на единицу объема воздуха. Все инструменты на основе ионизации (включая счетчики Гейгера и ионизационные камеры ) измеряют экспозицию. Однако эффекты зависят от энергии на единицу массы, а не от воздействия, измеренного в воздухе. Залог в 1 джоуль на килограмм соответствует единице грей (Гр). Для гамма-излучения с энергией 1 МэВ воздействие 1 рентгена в воздухе дает дозу около 0,01 грей (1 сантигрей, сГр) в воде или поверхностных тканях. Из-за защиты тканью, окружающей кости, костный мозг получает только около 0,67 сГр, когда воздействие воздуха составляет 1 рентген, а доза на поверхности кожи составляет 1 сГр. Некоторые более низкие значения, указанные для количества радиации, от которого погибло бы 50% персонала ( LD 50 ), относятся к дозе костного мозга, которая составляет всего 67% от дозы воздуха.

В ближайщем будущем

Знак убежища от Fallout на здании в Нью-Йорке

Доза, которая была бы смертельной для 50% населения, является общим параметром, используемым для сравнения эффектов различных типов радиоактивных осадков или обстоятельств. Обычно термин определяется для определенного времени и ограничивается исследованиями острой летальности. Обычно используются периоды времени от 30 дней или меньше для большинства мелких лабораторных животных и до 60 дней для крупных животных и людей. Цифра LD 50 предполагает, что люди не получали других травм или лечения.

В 1950-х годах LD 50 для гамма-лучей был установлен на уровне 3,5 Гр, в то время как в более тяжелых условиях войны (плохое питание, недостаточное медицинское обслуживание, плохой уход) LD 50 составлял 2,5 Гр (250 рад). Было зарегистрировано несколько задокументированных случаев выживания после 6 Гр. Один человек в Чернобыле пережил дозу более 10 Гр, но многие люди, подвергшиеся там облучению, не были равномерно облучены по всему телу. Если человек подвергается облучению неоднородным образом, то данная доза (усредненная по всему телу) с меньшей вероятностью приведет к летальному исходу. Например, если человек получает дозу 100 Гр на руку / нижнюю руку, что дает ему общую дозу 4 Гр, у него больше шансов выжить, чем у человека, получившего дозу 4 Гр на все свое тело. Доза в руке в 10 Гр или более может привести к потере руки. Британский промышленный рентгенолог , который, по оценкам, получил дозу рук 100 Гр в течение своей жизни потерял руку из - за радиационный дерматит . Большинство людей заболевают после воздействия 1 Гр и более. В эмбрионах из беременных женщин часто являются более уязвимыми к радиации и могут выкидыш , особенно в первом триместре .

Через час после поверхностного взрыва радиация от выпадений в области кратера составляет 30 грей в час (Гр / ч). Мощности дозы облучения гражданского населения в мирное время колеблются от 30 до 100 мкГр в год.

Радиоактивные осадки относительно быстро затухают со временем. Большинство районов становятся достаточно безопасными для путешествий и дезинфекции через три-пять недель.

При мощности до 10 кт мгновенная радиация является основным источником потерь на поле боя. У людей, получающих острую дозу, выводящую из строя (30 Гр), их работоспособность ухудшается почти сразу и становится неэффективной в течение нескольких часов. Однако они не умирают в течение пяти-шести дней после заражения, если не получают других травм. Лица, получившие в сумме менее 1,5 Гр, не считаются недееспособными. Люди, получившие дозы более 1,5 Гр, становятся инвалидами, а некоторые в конечном итоге умирают.

Доза от 5,3 до 8,3 Гр считается смертельной, но не приводит к немедленному выведению из строя. Персонал, подвергшийся воздействию такого количества радиации, теряет свои когнитивные способности в течение двух-трех часов, в зависимости от того, насколько физически требовательны задачи, которые они должны выполнять, и остается в этом состоянии инвалидности не менее двух дней. Однако в этот момент у них наступает период восстановления и они могут выполнять нетребовательные задачи в течение примерно шести дней, после чего примерно на четыре недели у них возникает рецидив. В это время у них начинают проявляться симптомы радиационного отравления достаточной степени тяжести, чтобы сделать их совершенно неэффективными. Смерть наступает примерно через шесть недель после заражения, хотя исходы могут быть разными.

Длительный срок

Сравнение прогнозируемых "горячей линии" радиоактивных осадков с результатами испытаний в испытании Зуни мощностью 3,53 Мт 15% в Бикини в 1956 году. Прогнозы были сделаны Эдвардом А. Шуэртом в смоделированных условиях тактической ядерной войны на борту корабля.
После взрыва первой атомной бомбы довоенная сталь и послевоенная сталь, производимая без использования атмосферного воздуха, стали ценным товаром для ученых, желающих создавать чрезвычайно точные инструменты для обнаружения радиоактивных выбросов, поскольку эти два типа стали являются наиболее полезными. только стали, не содержащие следов радиоактивных осадков.

Поздние или отсроченные эффекты радиации возникают в широком диапазоне доз и мощностей доз. Отсроченные эффекты могут проявляться от месяцев до лет после облучения и включать широкий спектр эффектов, затрагивающих почти все ткани или органы. Некоторые из возможных отсроченных последствий лучевого поражения, частота которых превышает фоновую, в зависимости от поглощенной дозы, включают канцерогенез , образование катаракты , хронический радиодермит , снижение фертильности и генетические мутации .

В настоящее время единственным тератологическим эффектом, наблюдаемым у людей после ядерных атак на густонаселенные районы, является микроцефалия, которая является единственным доказанным пороком развития или врожденной аномалией, обнаруженной внутриутробно развивающимися человеческими зародышами во время бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Из всех беременных женщин, которые находились достаточно близко, чтобы подвергнуться немедленному воздействию интенсивных доз нейтронов и гамма-излучения в двух городах, общее число детей, родившихся с микроцефалией, было менее 50. Статистически очевидного увеличения врожденных пороков развития не было обнаружено. позже зачали детей, переживших ядерные взрывы в Хиросиме и Нагасаки. Выжившие женщины из Хиросимы и Нагасаки, которые могли зачать ребенка и подверглись значительному воздействию радиации, продолжали и имели детей с не более высокой частотой аномалий, чем в среднем по Японии.

Исследование детского зуба, основанное группой врачей Эрика и Луизы Рейсс , супругов и супругов , было исследовательской работой, направленной на обнаружение присутствия стронция-90 , вызывающего рак радиоактивного изотопа, созданного в результате более чем 400 атомных испытаний, проведенных над землей. который всасывается из воды и молочных продуктов в кости и зубы, учитывая его химическое сходство с кальцием . Команда разослала формы для сбора в школы в Сент-Луисе, штат Миссури , в надежде собрать 50 000 зубов каждый год. В конечном итоге в рамках проекта было собрано более 300000 зубов у детей разного возраста до того, как проект был завершен в 1970 году.

Предварительные результаты исследования Baby Tooth Survey были опубликованы в выпуске журнала Science от 24 ноября 1961 года и показали, что уровень стронция-90 неуклонно повышался у детей, родившихся в 1950-х годах, причем у тех, кто родился позже, наблюдался наиболее выраженный рост. Результаты более всестороннего исследования элементов, обнаруженных в собранных зубах, показали, что у детей, родившихся после 1963 года, уровень стронция-90 в молочных зубах был в 50 раз выше, чем у детей, родившихся до начала крупномасштабных атомных испытаний. Полученные данные помогли убедить президента США Джона Ф. Кеннеди подписать Договор о частичном запрещении ядерных испытаний с Соединенным Королевством и Советским Союзом , положивший конец наземным испытаниям ядерного оружия , вызвавшим наибольшее количество выпадений в атмосфере.

Обследование молочных зубов было «кампанией, [которая] эффективно использовала различные стратегии пропаганды в СМИ», чтобы встревожить общественность и «мобилизовать» поддержку против атмосферных ядерных испытаний, при этом прекращение таких испытаний обычно рассматривается как положительный результат для множество других причин. Исследование не могло показать ни в то время, ни за прошедшие десятилетия, что уровни глобального стронция-90 или выпадений в целом были каким-либо образом опасными для жизни, прежде всего потому, что «в 50 раз больше стронция-90, чем раньше. ядерные испытания »- это крошечное число, а умножение крошечных чисел дает лишь немного большее крохотное число. Более того, проект « Радиация и общественное здравоохранение», который в настоящее время сохраняет зубы, подвергся серьезной критике их позиции и публикаций: в статье 2003 года в The New York Times говорится, что работа группы вызывает споры и вызывает мало доверия со стороны научного истеблишмента. Точно так же в статье в Popular Science за апрель 2014 года Сара Фехт объясняет, что работа группы, в частности, широко обсуждаемый случай сбора данных, позволяющий предположить, что последствия аварии на Фукусиме 2011 года вызвали смерть младенцев в Америке, является « мусорной наукой ». поскольку, несмотря на то, что их документы рецензируются, все независимые попытки подтвердить свои результаты дают результаты, которые не согласуются с тем, что предлагает организация. Ранее организация также пыталась предположить, что то же самое произошло после аварии на Три-Майл-Айленде в 1979 году, но это также оказалось необоснованным. Исследование зубов и расширение организации в попытке применить тот же подход к запрещению испытаний с ядерными электростанциями США в качестве новой цели также подробно и критически обозначен Комиссией по ядерному регулированию как « проблема Зубной феи » .

Воздействие на окружающую среду

В случае крупномасштабного обмена ядерными ударами последствия будут серьезными как для окружающей среды, так и для населения. В зонах прямого взрыва все будет испарено и разрушено. Города, поврежденные, но не полностью разрушенные, потеряют свою систему водоснабжения из-за потери электроэнергии и разрыва линий электроснабжения. В случае локального выброса радиоактивных осадков источники воды в пригородных районах станут чрезвычайно загрязненными. На этом этапе единственной безопасной водой для использования будет хранимая вода. Вся поверхностная вода в пределах радиоактивных осадков будет загрязнена падающими продуктами деления.

В течение первых нескольких месяцев после обмена ядерными ударами ядерные осадки будут продолжать развиваться и наносить ущерб окружающей среде. Пыль, дым и радиоактивные частицы упадут за сотни километров с подветренной стороны от точки взрыва и загрязнят поверхностные источники воды. Йод-131 будет доминирующим продуктом деления в течение первых нескольких месяцев, а в последующие месяцы основным продуктом деления будет стронций-90 . Эти продукты деления останутся в пыли от радиоактивных осадков, что приведет к загрязнению рек, озер, донных отложений и почвы.

Водоснабжение сельских районов будет немного меньше загрязняться частицами ядерного распада в результате средне- и долгосрочных выпадений осадков, чем в городах и пригородах. Без дополнительного загрязнения озера, водохранилища, реки и сток будут постепенно менее загрязнены, поскольку вода продолжит протекать через их систему.

Однако запасы подземных вод, такие как водоносные горизонты, первоначально останутся незагрязненными в случае ядерных осадков. Со временем подземные воды могут стать загрязненными частицами радиоактивных осадков и останутся загрязненными в течение более 10 лет после ядерной атаки. Чтобы водоносный горизонт стал полностью чистым, потребуются сотни или тысячи лет. Подземные воды по-прежнему будут безопаснее, чем источники поверхностных вод, и их необходимо будет потреблять в меньших дозах. В долгосрочной перспективе основными радионуклидами, влияющими на запасы пресной воды , будут цезий-137 и стронций-90.

Опасности ядерных осадков не ограничиваются повышенным риском рака и лучевой болезни, но также включают присутствие радионуклеидов в человеческих органах из пищи. В результате выпадения радиоактивных осадков в почве останутся частицы деления, которые могут потреблять животные, а затем и люди. Радиоактивно загрязненное молоко, мясо, рыба, овощи, зерновые и другие продукты питания будут опасны из-за выпадения осадков.

С 1945 по 1967 год США провели сотни испытаний ядерного оружия. В это время на материковой части США проводились атмосферные испытания, и, как следствие, ученые смогли изучить влияние ядерных осадков на окружающую среду. Взрывы, проведенные у поверхности земли, облучали тысячи тонн почвы. Части радиоактивного материала, втянутого в атмосферу, будут уноситься ветрами с небольшой высоты и осаждаться в прилегающих районах в виде радиоактивной пыли. Материал, перехваченный высокогорным ветром, продолжит движение. Когда радиационное облако на большой высоте подвергается воздействию дождя, радиоактивные осадки загрязняют подветренную область внизу.

Сельскохозяйственные поля и растения будут поглощать загрязненный материал, а животные - радиоактивный материал. В результате ядерные осадки могут вызвать заболевание или смерть домашнего скота, а в случае потребления радиоактивный материал будет передан людям.

Ущерб, нанесенный другим живым организмам в результате ядерных осадков, зависит от вида. Млекопитающие особенно чувствительны к ядерной радиации, за ними следуют птицы, растения, рыбы, рептилии, ракообразные, насекомые, мох, лишай, водоросли, бактерии, моллюски и вирусы.

Климатолог Алан Робок и профессор атмосферных и океанических наук Брайан Тун создали модель гипотетической маломасштабной ядерной войны, в которой будет использовано около 100 единиц оружия. В этом сценарии пожары создадут достаточно сажи в атмосфере, чтобы заблокировать солнечный свет, снизив глобальную температуру более чем на один градус Цельсия. Результат может вызвать повсеместное отсутствие продовольственной безопасности (ядерный голод). В результате этого будут нарушены осадки по всему миру. Если в верхние слои атмосферы будет внесено достаточное количество сажи, озоновый слой планеты потенциально может быть истощен, что повлияет на рост растений и здоровье человека.

Радиация от выпадения осадков будет задерживаться в почве, растениях и пищевых цепях в течение многих лет. Морские пищевые цепи более уязвимы для ядерных осадков и воздействия сажи в атмосфере.

Ущерб, наносимый выпадением радионуклидов пищевой цепи человека, очевиден в исследованиях лишайников, карибу и эскимосов на Аляске. Основным наблюдаемым эффектом у людей была дисфункция щитовидной железы. Результат ядерных осадков невероятно пагубен для выживания человека и биосферы. Fallout изменяет качество нашей атмосферы, почвы и воды и приводит к вымиранию видов.

Защита от падения

Во время холодной войны правительства США, СССР, Великобритании и Китая пытались обучить своих граждан выживанию после ядерной атаки, предоставляя процедуры по минимизации краткосрочного воздействия радиоактивных осадков. Это усилие стало известно как гражданская оборона .

Защита от падений почти исключительно связана с защитой от радиации. Радиация от радиоактивных осадков встречается в форме альфа- , бета- и гамма- излучения, и, поскольку обычная одежда обеспечивает защиту от альфа- и бета-излучения, большинство мер защиты от радиоактивных осадков связаны с уменьшением воздействия гамма-излучения. В целях защиты от излучения многие материалы имеют характерную толщину, уменьшенную вдвое : толщину слоя материала, достаточную для уменьшения воздействия гамма-излучения на 50%. Толщина обычных материалов, уменьшенная вдвое, включает: 1 см (0,4 дюйма) свинца, 6 см (2,4 дюйма) бетона, 9 см (3,6 дюйма) утрамбованной земли или 150 м (500 футов) воздуха. Когда создается несколько толщин, экранирование является аддитивным. Практическая защита от радиоактивных осадков представляет собой десятикратную толщину данного материала, например, 90 см (36 дюймов) уплотненной земли, что снижает воздействие гамма-излучения примерно в 1024 раза (2 · 10 ). Укрытие, построенное из этих материалов для защиты от радиоактивных осадков, известно как убежище от радиоактивных осадков .

Средства индивидуальной защиты

Поскольку сектор ядерной энергетики продолжает расти, международная риторика вокруг ядерной войны усиливается, а постоянная угроза попадания радиоактивных материалов в руки опасных людей сохраняется, многие ученые упорно трудятся, чтобы найти лучший способ защитить человеческие органы от вредное воздействие излучения высокой энергии. Острый лучевой синдром (ОЛБ) представляет собой самый непосредственный риск для людей при воздействии ионизирующего излучения в дозах более 0,1 Гр / час . Излучение в низкоэнергетическом спектре ( альфа- и бета-излучение ) с минимальной проникающей способностью вряд ли нанесет значительный ущерб внутренним органам. Однако высокая проникающая способность гамма- и нейтронного излучения легко проникает через кожу и многие тонкие экранирующие механизмы вызывают клеточную дегенерацию в стволовых клетках, обнаруженных в костном мозге. Хотя защита всего тела в надежном убежище от радиоактивных осадков, как описано выше, является наиболее оптимальной формой радиационной защиты, для этого требуется запереться в очень толстом бункере на значительное время. В случае ядерной катастрофы любого рода необходимо иметь передвижное защитное оборудование для медицинского персонала и сотрудников службы безопасности для выполнения необходимых задач по локализации, эвакуации и любого числа других важных задач общественной безопасности. Масса экранирующего материала, необходимая для надлежащей защиты всего тела от излучения высокой энергии, сделает функциональное движение практически невозможным. Это побудило ученых приступить к исследованию идеи частичной защиты тела: стратегии, вдохновленной трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток (ТГСК) . Идея состоит в том, чтобы использовать достаточное количество защитного материала, чтобы в достаточной мере защитить высокую концентрацию костного мозга в области таза, которая содержит достаточно регенерирующих стволовых клеток, чтобы заселить организм здоровым костным мозгом. Более подробную информацию о экранированием костного мозга можно найти в физике здоровья Журнал радиационной безопасности статье выборочным экранированием костного мозга: подход к защите людей от внешнего гамма - излучения , или в Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и ядерной Отчет Энергетического агентства (NEA) за 2015 год: Радиационная защита персонала при управлении тяжелыми авариями.

Правило семи десяти

Опасность радиации в результате выпадения осадков также быстро уменьшается со временем в значительной степени из-за экспоненциального распада отдельных радионуклидов. В книге Крессона Х. Кирни представлены данные, показывающие, что в течение первых нескольких дней после взрыва мощность дозы излучения снижается в десять раз на каждое семикратное увеличение количества часов после взрыва. Он представляет данные, показывающие, что «для уменьшения мощности дозы с 1000 рентген в час (1000 Р / ч) до 10 Р / ч (48 часов) требуется примерно в семь раз больше времени, чем для уменьшения мощности от 1000 Р / ч до 100 Р. / час (7 часов) ". Это практическое правило, основанное на наблюдаемых данных, а не на точном соотношении.

Руководства правительства США по защите от радиоактивных осадков

Правительство Соединенных Штатов, часто Управление гражданской обороны в Министерстве обороны , при условии , путеводителей по защите от радиоактивных осадков в 1960 - х годах, часто в виде буклетов. В этих буклетах содержится информация о том, как лучше всего выжить после ядерных осадков. Они также включали инструкции для различных убежищ от радиоактивных осадков , будь то для семьи, больницы или школьного убежища. Также были инструкции о том, как создать импровизированное убежище от радиоактивных осадков и что делать, чтобы лучше всего повысить шансы человека на выживание, если он не был подготовлен.

Основная идея этих руководств заключается в том, что такие материалы, как бетон, грязь и песок, необходимы для защиты человека от частиц радиоактивных осадков и радиации. Для защиты человека от радиоактивных осадков необходимо значительное количество материалов этого типа, поэтому защитная одежда не может защитить человека от радиоактивных осадков. Тем не менее, защитная одежда может удерживать частицы радиоактивных осадков от тела человека, но излучение этих частиц по-прежнему будет проникать через одежду. Чтобы защитная одежда могла блокировать радиоактивные осадки, она должна быть настолько толстой и тяжелой, чтобы человек не мог нормально функционировать.

Эти руководства указали, что в убежищах от радиоактивных осадков должно быть достаточно ресурсов, чтобы их обитатели оставались в живых на срок до двух недель. Общественные приюты были предпочтительнее приютов для одной семьи. Чем больше людей в приюте, тем большим количеством и разнообразием ресурсов будет оснащено убежище. Приюты этих сообществ также помогут облегчить усилия по восстановлению сообщества в будущем. По возможности, приюты для одной семьи следует строить под землей. Множество различных типов убежищ от радиоактивных осадков можно было сделать за относительно небольшие деньги. Обычным форматом убежищ от радиоактивных осадков было строительство убежища под землей с использованием твердых бетонных блоков в качестве крыши. Если укрытие могло быть только частично под землей, рекомендовалось насыпать это укрытие как можно большим количеством земли. Если в доме есть подвал, лучше всего построить убежище от радиоактивных осадков в углу подвала. Центр подвала - это место, где будет наибольшая радиация, потому что радиации легче всего проникнуть в подвал с этажа выше. Две стены укрытия в углу подвала будут стенами подвала, которые снаружи окружены землей. Для двух других стен были настоятельно рекомендованы шлакоблоки, наполненные песком или землей. Бетонные блоки или другой плотный материал следует использовать в качестве крыши для убежища от радиоактивных осадков в подвале, потому что пол дома не является подходящей крышей для убежища от радиоактивных осадков . В этих убежищах должны быть вода, еда, инструменты и средства для обращения с отходами жизнедеятельности человека.

Если у человека не было ранее построенного убежища, эти гиды рекомендовали попробовать спуститься под землю. Если у человека был подвал, но не было укрытия, ему следует поставить еду, воду и контейнер для мусора в угол подвала. Затем следует сложить такие предметы, как мебель, так, чтобы вокруг человека в углу образовались стены. Если добраться до метро невозможно, в качестве убежища от радиоактивных осадков рекомендовали высокий многоквартирный дом на расстоянии не менее десяти миль от взрыва. Люди в этих зданиях должны подбираться как можно ближе к центру здания и избегать верхних и нижних этажей.

По данным Управления гражданской обороны, школы предпочитались убежищами от радиоактивных осадков. Школы, не включая университеты, составляли четверть населения Соединенных Штатов, когда они учились в то время. Распределение школ по стране отражало плотность населения и часто было лучшим зданием в сообществе, чтобы действовать как убежище от радиоактивных осадков. В школах также уже есть организация с лидерами. Управление гражданской обороны рекомендовало изменить существующие школы и построить будущие школы, включив в них более толстые стены и крыши, более защищенные электрические системы, очистительную систему вентиляции и защищенный водяной насос. Управление гражданской обороны определило, что в школах, которые должны были функционировать как убежища от радиоактивных осадков, необходимо 10 квадратных футов чистой площади на человека. Обычный класс может обеспечить 180 человек местом для сна. В случае нападения всю ненужную мебель нужно было вынести из классных комнат, чтобы освободить место для людей. Рекомендовалось держать в комнате один или два стола, если это возможно, чтобы использовать их в качестве места для раздачи еды.

Управление гражданской обороны провело четыре тематических исследования, чтобы выяснить, во что обойдется превращение четырех постоянных школ в убежища от радиоактивных осадков и какова будет их вместимость. Стоимость школ на одного жителя в 1960-х годах составляла 66, 127, 50 и 180 долларов. Вместимость этих школ составляла 735, 511, 484 и 460 человек соответственно.

Авария ядерного реактора

Fallout также может относиться к ядерным авариям , хотя ядерный реактор не взрывается, как ядерное оружие. Изотопный подпись бомбы выпадений очень отличается от выпадений от серьезного энергетического реактора аварии (например , как Чернобыль или Фукусима ).

Ключевые различия заключаются в летучести и периоде полураспада .

Волатильность

Точка кипения из элемента (или его соединения ) имеет возможность контролировать процентное содержание этого элемента энергетического реактор высвобождает аварию. Способность элемента образовывать твердое тело контролирует скорость его осаждения на земле после выброса в атмосферу в результате ядерного взрыва или аварии.

Период полураспада

Полужизни время она занимает половину излучения определенного вещества распадаться. Большое количество короткоживущих изотопов, таких как 97 Zr, присутствует в осадках бомбы. Этот изотоп и другие короткоживущие изотопы постоянно генерируются в энергетическом реакторе, но поскольку критичность возникает в течение длительного периода времени, большинство этих короткоживущих изотопов распадаются, прежде чем они могут быть высвобождены.

Предупредительные меры

Ядерные осадки могут происходить из-за ряда различных источников. Один из наиболее распространенных потенциальных источников ядерных осадков - это ядерные реакторы . В связи с этим необходимо принять меры для обеспечения контроля риска ядерных выпадений на ядерных реакторах. В 1950-х и 60-х годах Комиссия по атомной энергии США (AEC) начала разработку правил безопасности от ядерных осадков для гражданских ядерных реакторов. Поскольку последствия ядерных осадков более распространены и продолжительны, чем другие формы аварий при производстве энергии, AEC желает более активного реагирования на потенциальные аварии, чем когда-либо прежде. Одним из шагов по предотвращению аварий на ядерных реакторах стал Закон Прайса-Андерсона . Закон Прайса-Андерсона, принятый Конгрессом в 1957 году, обеспечил государственную помощь сверх 60 миллионов долларов, покрываемых частными страховыми компаниями в случае аварии на ядерном реакторе. Основная цель закона Прайса-Андерсона заключалась в защите многомиллиардных компаний, контролирующих производство ядерных реакторов. Без этой защиты производство ядерных реакторов потенциально может остановиться, а меры защиты от ядерных осадков будут сокращены. Однако из-за ограниченного опыта в технологии ядерных реакторов инженерам было трудно рассчитать потенциальный риск выброса радиации. Инженеры были вынуждены представить себе каждую маловероятную аварию и возможные последствия, связанные с каждой аварией. Постановления AEC против возможных выпадений ядерного реактора были сосредоточены на способности электростанции выдерживать максимальную достоверную аварию или MCA. MCA включал в себя «большой выброс радиоактивных изотопов после значительного расплавления топлива реактора, когда система теплоносителя реактора вышла из строя из-за аварии с потерей теплоносителя». Предотвращение MCA позволило принять ряд новых мер по предотвращению ядерных осадков. Статические системы безопасности или системы без источников питания или пользовательского ввода были включены для предотвращения возможной ошибки человека. Например, изолирующие здания были надежно эффективны в сдерживании выбросов радиации и не нуждались в подаче электроэнергии или включении для работы. Активные защитные системы, хотя и менее надежны, могут делать многое, чего не могут статические системы. Например, система замены выходящего пара из системы охлаждения охлаждающей водой может предотвратить плавление реакторного топлива. Однако этой системе потребуется датчик для обнаружения присутствия выделяющегося пара. Датчики могут выйти из строя, и результатом отсутствия превентивных мер могут стать локальные ядерные осадки. Таким образом, AEC пришлось выбирать между активными и статическими системами для защиты населения от ядерных осадков. Из-за отсутствия установленных стандартов и вероятностных расчетов AEC и отрасль разделились по вопросу о наилучших мерах предосторожности для использования. Это разделение породило Комиссию по ядерному регулированию , или NRC. NRC был привержен «регулированию через исследования», что дало регулирующему комитету базу исследований, на основе которой можно было разработать свои правила. Большая часть исследований, проведенных NRC, была направлена ​​на то, чтобы переместить системы безопасности с детерминированной точки зрения на новый вероятностный подход. Детерминистский подход стремился предвидеть все проблемы до того, как они возникнут. Вероятностный подход использует более математический подход для взвешивания рисков потенциальных утечек радиации. Большая часть вероятностного подхода к безопасности может быть извлечена из теории переноса излучения в физике , которая описывает, как излучение распространяется в свободном пространстве и через препятствия. Сегодня NRC по-прежнему является ведущим регулирующим комитетом по атомным реакторам.

Определение степени ядерных осадков

Международная шкала событий Ядерная и радиационная (INES) является основной формой классификации потенциального здоровья и экологических последствий ядерной или радиологической события и передачи ее общественности. Шкала, разработанная в 1990 году Международным агентством по атомной энергии и Агентством по ядерной энергии Организации экономического сотрудничества и развития , классифицирует эти ядерные аварии на основе потенциального воздействия радиоактивных осадков:

  • Глубокая защита: это самая низкая форма ядерных аварий и относится к событиям, которые не имеют прямого воздействия на людей или окружающую среду, но должны быть приняты во внимание для улучшения будущих мер безопасности.
  • Радиологические барьеры и контроль: эта категория относится к событиям, которые не имеют прямого воздействия на людей или окружающую среду, и относятся только к ущербу, причиненному на основных объектах.
  • Люди и окружающая среда: этот раздел шкалы включает более серьезные ядерные аварии. События этой категории могут потенциально вызвать распространение радиации на людей, находящихся поблизости от места аварии. Это также включает незапланированный массовый выброс радиоактивного материала.

Шкала INES состоит из семи ступеней, которые классифицируют ядерные события, от аномалий, которые необходимо регистрировать для улучшения мер безопасности, до серьезных аварий, требующих немедленных действий.

Чернобыль

Взрыв ядерного реактора в Чернобыле в 1986 году был классифицирован как авария уровня 7, что является наивысшим возможным рейтингом по шкале INES из-за широко распространенных последствий для окружающей среды и здоровья и «внешнего выброса значительной части активной зоны реактора». Ядерная авария до сих пор остается единственной аварией в коммерческой ядерной энергетике, которая привела к гибели людей, связанных с радиацией. В результате парового взрыва и пожаров в атмосферу было выброшено около 5200 ПБк, или не менее 5 процентов активной зоны реактора. В результате взрыва погибли двое рабочих завода, а в течение последующих недель от тяжелого радиационного отравления скончались 28 человек. Кроме того, у маленьких детей и подростков в районах, наиболее загрязненных радиационным воздействием, наблюдался рост риска рака щитовидной железы , хотя Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации заявил, что «нет никаких доказательств серьезного воздействия на здоровье населения. "кроме этого. Ядерная авария также нанесла серьезный ущерб окружающей среде, включая загрязнение городской среды, вызванное выпадением радионуклидов, и заражение «различных типов сельскохозяйственных культур, в частности зеленолистных овощей… в зависимости от уровней выпадения и времени выращивания. сезон".

Три Майл Айленд

Ядерная авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году была классифицирована как авария уровня 5 по шкале INES из-за «серьезного повреждения активной зоны реактора» и утечки радиации, вызванной инцидентом. Три-Майл-Айленд была самой серьезной аварией в истории американских коммерческих атомных электростанций, однако ее последствия отличались от последствий чернобыльской аварии. Исследование, проведенное Комиссией по ядерному регулированию после инцидента, показывает, что почти 2 миллиона человек, окружающих завод в Три-Майл-Айленд, «по оценкам, получили среднюю дозу облучения всего на 1 миллибэр выше обычной фоновой дозы». Более того, в отличие от людей, пострадавших от радиации в результате аварии на Чернобыльской АЭС, развитие рака щитовидной железы у людей вокруг Три-Майл-Айленда было «менее агрессивным и менее развитым».

Фукусима

Расчетная концентрация цезия-137 в воздухе, 25 марта 2011 г.

Как и инцидент на Три-Майл-Айленде, инцидент на Фукусиме изначально был классифицирован как авария 5-го уровня по шкале INES после того, как цунами отключило энергоснабжение и охлаждение трех реакторов, которые затем подверглись значительному таянию в последующие дни. Однако после объединения событий на трех реакторах, а не их оценки по отдельности, авария была повышена до уровня 7 по ИНЕС. Излучение в результате инцидента вызвало рекомендуемую эвакуацию жителей на расстоянии до 30 км от станции. Однако было также трудно отследить такое облучение, потому что 23 из 24 станций радиоактивного мониторинга также были отключены цунами. Удаление загрязненной воды как из самой станции, так и из сточных вод, которые разливались в море и близлежащие районы, стало огромной проблемой для правительства Японии и рабочих завода. В течение периода локализации после аварии тысячи кубометров слегка загрязненной воды были сброшены в море, чтобы освободить хранилища для более загрязненной воды в зданиях реактора и турбин. Однако последствия аварии на Фукусиме оказали минимальное влияние на окружающее население. По данным Institut de Radioprotection et de Surêté Nucléaire , более 62 процентов обследованных жителей префектуры Фукусима получили дозы внешнего облучения менее 1 мЗв в течение четырех месяцев после аварии. Кроме того, сравнение скрининговых кампаний для детей в префектуре Фукусима и на остальной территории страны не выявило значительной разницы в риске рака щитовидной железы.

Международные стандарты ядерной безопасности

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), основанное в 1974 году, было создано для установления международных стандартов безопасности ядерных реакторов. Однако без надлежащих полицейских сил к руководящим принципам, установленным МАГАТЭ, часто относились легкомысленно или полностью игнорировали. В 1986 году катастрофа в Чернобыле стала свидетельством того, что международная безопасность ядерных реакторов не должна восприниматься легкомысленно. Даже в разгар холодной войны Комиссия по ядерному регулированию стремилась повысить безопасность советских ядерных реакторов. Как отметил генеральный директор МАГАТЭ Ханс Бликс , «радиационное облако не знает международных границ». NRC продемонстрировал Советам руководящие принципы безопасности, используемые в США: эффективное регулирование, безопасные операции и эффективные конструкции станций. Однако у советов был свой приоритет: любой ценой поддерживать завод в рабочем состоянии. В конце концов, преобладал тот же сдвиг между детерминированными проектами безопасности и вероятностными проектами безопасности. В 1989 г. была создана Всемирная ассоциация операторов ядерной энергетики (ВАО АЭС) для сотрудничества с МАГАТЭ в целях обеспечения тех же трех основ безопасности реакторов через международные границы. В 1991 году ВАО АЭС пришло к выводу (используя вероятностный подход к безопасности), что всем ядерным реакторам, ранее находившимся под коммунистическим контролем, нельзя доверять, и они должны быть закрыты. По сравнению с «ядерным планом Маршалла » на протяжении 1990-х и 2000-х годов предпринимались усилия по обеспечению международных стандартов безопасности для всех ядерных реакторов.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Гласстон, Сэмюэл и Долан, Филип Дж., Эффекты ядерного оружия (третье издание) , Типография правительства США, 1977 г. ( доступно в Интернете )
  • Справочник НАТО по медицинским аспектам оборонительных операций от РБК (Часть I - Ядерная) , Департамент армии, ВМФ и ВВС, Вашингтон, округ Колумбия, 1996 г. ( доступно в Интернете )
  • Смит, Х. ДеВ., Атомная энергия для военных целей , Princeton University Press, 1945. ( Отчет Смита )
  • Последствия ядерной войны , Управление оценки технологий (май 1979 г.), ( доступно в Интернете )
  • Т. Иманака, С. Фукутани, М. Ямамото, А. Сакагути и М. Хоши, J. Radiation Research , 2006 г. , стр. 47 , приложение A121 – A127.
  • Шелдон Новик, Беспечный атом (Бостон, Массачусетс: Houghton Mifflin Co., 1969), стр. 98

внешние ссылки

  • NUKEMAP3D - трехмерный симулятор эффектов ядерного оружия на базе Google Maps. Он моделирует воздействие ядерного оружия на географические районы.