Ящик ядерного вибуху

Завдання № 1

Осередок ядерного вибуху Відповідно до вихідних даних розрахувати радіуси зон зруйнувань (формули див. таблиця № 7), зон пожеж (формули див. таблиця № 8), довжину та ширину зон радіоактивного зараження місцевості (див. таблиця № 11);

З урахування розрахунків та обраного масштабу накреслити схему осередку ядерного вибуху; Дати характеристику зон, що виникають внаслідок ядерного вибуху та назвати джерела їх виникнення, пояснити терміни: осередок ядерного ураження, ударна хвиля, світлове випромінювання, радіоактивне зараження місцевості;

Параметри зруйнувань, травматизму, опіків.

Вихідні дані до завдання.

Примітки:

• 1. Зразок схеми див. схема № 15.
• 2. Усі розрахунки вести для наземного ядерного вибуху.
• 3. Мати на увазі, що величини зон зруйнувань і зон пожеж значно менші ніж величини довжини та ширини зон радіоактивного зараження, а тому, при необхідності довжину на схемі можна показувати переривчатою лінією, як це має місце на схемі № 15 для довжини зони «А».

Знаходимо радіус зони зруйнування:

Зони пожеж:

Довжина та ширина зон:

Зруйнування створює ударна хвиля. Ударна хвиля — це область сильного стиснення повітря, що поширюється з надзвичайною швидкістю (350 м/с) в радіальному напрямку від центру вибуху.

Для оцінки характеру зруйнувань і умов проведення рятувальних і інших невідкладних робіт в осередку ядерного ураження виділено зони повних, сильних, середніх і слабких зруйнувань.

При повних зруйнуваннях в будинках і спорудах знищені несучі конструкції, обвалені перекриття. Обладнання, технічні засоби ремонту не підлягають. На електромережах розриви кабелів, на всіх трубопроводах, які знаходяться на поверхні (відкриті) — значні зруйнування. Повітряні лінії зв’язку і електропередач порвані, стовпи ліній звалені. При повних зруйнуваннях встановлення пошкоджень недоцільно. Виникають суцільні завали і задимленість від тліючих розкиданих уламків.

При сильних зруйнуваннях значно деформуються несучі конструкції споруд і будинків, більша частина стін і перекриттів обвалена.

На трубопроводах, мережах зв’язку і електропостачання розриви і деформації. Виникають суцільні пожежі, окремі суцільні завали.

При середніх зруйнуваннях в спорудах і будинках обвалено дах, перегородки стін, вікна і двері вибито. Перекриття і підвали не Зруйновано. Частину приміщень можна використовувати. Окремі вузли обладнання, техніки потребують капітального ремонту. Комунально-енергетичні мережі, техніка потребують капітального ремонту. Виникають окремі завали і суцільні пожежі.

При слабких зруйнуваннях будинки і споруди можуть мати внутрішні пошкодження перегородок, віконних і дверних отворів. На комунально-енергетичних мережах незначні порушення і поломки. Елементи обладнання, техніки, мережі потребують дрібного ремонту, виникають окремі пожежі.

Ударна повітряна хвиля уражає людей внаслідок безпосередньої дії і непрямої дії. При безпосередній (прямій) дії причиною ураження є надмірний тиск.

При непрямому ураженні люди отримують різні травми від уламків споруд, будинків, обладнання, скла і т.д., які летять з великою швидкістю під дією напору повітря. Таке ураження можливе при надмірному тиску 3 кПа і більше.

Травми, які отримують люди, поділяють на легкі, середні, важкі і дуже важкі.

Основним параметром, що визначає уражаючу дію світлового випромінювання ядерного вибуху, є світловий імпульс — Ісв.

Світлове випромінювання — це потік променистої енергії, який включає ультрафіолетові, інфрачервоні і видимі промені. Джерелом світлового випромінювання є світлова сфера яка складається з повітря і розжарених продуктів вибуху. Із збільшенням світлової сфери (при повітряному вибуху) температура на її поверхні знижується. Коли така куля досягає максимальних розмірів (діаметром понад 200 метрів), температура на її поверхні сягає 8 000° С — 10 000° С (температура на поверхні Сонця приблизно 6 000° С).

Дощ, сніг, туман, порох, дим поглинають світлове випромінювання, знижують його потужність і уражаючу силу в декілька раз. Уражаюча сила світлового випромінювання залежить від того, яку долю світлової енергії поглинає 1 см² поверхні і до якої температури вона нагрівається. В свою чергу температура нагрівання освітленої поверхні визначається теплопровідністю і питомою теплоємністю тіла. Чим більшою є поглинаюча здатність поверхні і чим меншою теплопровідність і питома теплоємність, тим вища температура нагрівання поверхні.

Ураження людей світловим випромінюванням — це поява опіків різних ступенів відкритих і закритих одягом ділянок тіла, а також ураження очей. Спеціального лікування не потребують. Опіки загоюються швидко. Небезпечність опіків для життя залежить також від розміру ураженої площі тіла. Наприклад, опік першого ступеня по всьому тілі може бути більш небезпечний, ніж опік третього ступеня на малій ділянці.

Ураження очей світловим випромінюванням можливе трьох видів: тимчасове осліплення, яке може тривати до 30 хвилин; опіки очного дна, які виникають на великих відстанях, якщо дивитись на вогненну кулю ядерного вибуху; опіки рогівки очей і повік, які виникають на тих же відстанях, що і опіки шкіри.

Внаслідок дії світлового опромінення ядерного вибуху на матеріали відбувається їх плавлення, жолоблення, обвуглення або загоряння. Внаслідок дії світлового випромінювання і вторинних факторів ядерного вибуху можуть виникнути пожежі на виробничих підприємствах і населених пунктах. Особливо швидко загоряються папір, суха трава, солома, сухе листя, дерев’яні будівлі, пиломатеріали, горючі гази, паливні матеріали.

Поміж уражаючих факторів ядерного вибуху радіоактивне зараження місцевості займає особливе місце, так, як його вплив охоплює не тільки район вибуху але і місцевість, яка може знаходитись на відстані в декілька десятків і навіть сотень кілометрів.

Радіоактивне зараження — це зараження поверхні землі, атмосфери, водоймищ і різних предметів радіоактивними речовинами, що випали із хмари ядерного вибуху.

Джерелом радіоактивного зараження є: продукти ланцюгової реакції ділення, частка ядерного заряду, що не вступила в реакцію, наведена радіоактивність в ґрунті під впливом нейтронів.

Радіоактивне зараження місцевості приземного шару повітря, води та інших об'єктів виникає внаслідок випадання радіоактивних речовин з хмари ядерного вибуху. Відомо, що в районі ядерного вибуху виникають великої потужності потоки повітря, спрямовані в гору і до його центру.

Хмара ядерного вибуху з великою швидкістю підіймається на висоту, яка залежить від потужності вибуху. Об'єм (розмір) хмари ядерного вибуху внаслідок різниці температур зовнішнього і внутрішнього повітря збільшується. При підніманні на висоту температури стають рівними і піднімання хмари припишеться.

Радіоактивне зараження місцевості може бути небезпечним протягом декількох діб, тижнів і місяців після ядерного вибуху. На місцевості, яка потрапляє під радіаційне зараження при ядерному вибуху, виникають дві ділянки: вибуху і сліду хмари.

Випадання радіоактивних опадів із хмари ядерного вибуху на поверхню ґрунту є наслідком двох одночасних процесів: розповсюдження радіоактивної хмари на висоті її підняття за напрямком вітру і осідання радіоактивних частинок під дією сили тяжіння. За час свого осідання кожна окрема частинка під дією вітру буде віднесена від центру вибуху в горизонтальному напрямку.

Частина радіоактивних речовин опадає на поверхню землі в районі вибуху, а більша частина опадає на значній площі, створюючи радіоактивний слід з розмірами, що залежать від потужності вибуху, характеру метеоумов та місцевості.

Завдання № 2

ударний хвиля радіоактивне забруднення Схема зон радіоактивного забруднення місцевості, що можуть виникати при аварії АЕС (ядерний вибух реактора).

Відповідно до вихідних даних визначити розміри (довжина, ширина) зон М, А, Б, В, Г (визначення за таблицею № 14);

Виконати креслення схеми зон, які визначені в пункті 1 та відповідно обраному масштабу;

Дати характеристику усіх можливих зон радіоактивного забруднення, встановити від яких показників залежать розміри зон, пояснити терміни рівень радіації, доза випромінення (опромінення) — експозиційна, поглинена, еквівалентна;

Параметри променевої хвороби;

Одиниці вимірювання рівня радіації та дози.

Вихідні дані до завдання.

Зони радіоактивного забруднення — це території, що виникають внаслідок радіоактивного забруднення місцевості при аварії (зруйнуванні) на АЕС або других об'єктах ядерної енергетики з викидом радіоактивних речовин.

Причинами аварії (зруйнування) на АЕС можуть бути:

недоліки в проектуванні, будівництві та експлуатації;

стихійні лиха (зокрема землетруси, зсуви ґрунту);

падіння літальних апаратів на споруду з реактором;

диверсія, тероризм;

бойові дії в воєнний час.

Зруйнування АЕС в воєнний час може статись і внаслідок застосування звичайних засобів ураження. Це може привести до втрати теплоносія першого контуру охолодження реактора; до повної розгерметизації ядерного палива; до плавлення активної зони реактора і навіть до часткового випаровування продуктів ядерного ділення з зруйнуванням або без зруйнування реактора.

При зруйнуванні реактора з однократним викидом радіоактивних речовин передбачено виділяти дві зони радіоактивного зараження (див. Схему № 2):

Зона небезпечного зараження — територія, на зовнішній межі якої доза опромінювання під час викиду короткоживучих радіонуклідів складає 30 Бер.

Зона надзвичайного небезпечного зараження — територія, на зовнішній межі якої доза опромінювання підчас викиду короткоживучих радіонуклідів складає 250 Бер.

БЕР — біологічний еквівалент рентгена Зони радіоактивного забруднення, які утворилися внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС визначені рішенням Верховної Ради України в 1991 році (див. схема № 3):

Зона посиленого радіоекологічного контролю, IV.

Зона гарантованого добровільного відселення, III.

Зона безумовного (обов'язкового) відселення, II.

Зона відчуження, І.

Примітка. В зонах II, III і IV показані рівні радіації в Кюрі на км2 по цезію — Cs, плутонію — Pu, а також дози опромінювання — Д в Берах за рік.

При аварії з викидом радіоактивних речовин утворюється хмара радіонуклідів яка знаходиться у повітрі в стані пару або аерозолю і переміщається від місця викиду в напрямі і з швидкістю середнього вітру, і поступово висідає на місцевість. На місцевості формується слід радіоактивної хмари — зона радіоактивного забруднення місцевості.

Характеристики зон радіоактивного забруднення на місцевості суттєво залежать від характеру вибуху. На схемі № 3 показано зони, що виникли внаслідок теплового вибуху реактора.

Зона відчуження — територія з якої проводиться евакуація населення негайно після аварії і на ній не повинна здійснюватися господарська діяльність.

Зона безумовного (обов'язкового) відселення — це територія, на якій щільність забруднення ґрунту довгоживучими радіонуклідами цезію (поверх доаварійного рівня) дорівнює 15.0 Кі/км2 і більше, або стронцію — 3,0 Кі/км2 і більше, або плутонію 0,1 Кі/км2 і більше, де розрахована ефективна доза опромінення населення із урахуванням коефіцієнту міграції радіонуклідів в рослинах перебільшує, поверх дози яка одержана в доаварійний період, 5,0 мЗв мілізіверт, тобто 0,5 Бер в рік.

Зона гарантованого (добровільного) відселення — це територія, на якій щільність забруднення ґрунту довгоживучими радіонуклідами.

цезію від 5,0 до 15 Кі/км2, або стронцію від 0,15 до 3,0 Кі/км2, або плутонію від 0,01 до 0,1 Кі/км2, де ефективна доза опромінювання із урахуванням коефіцієнту міграції радіонуклідів в рослини та інших факторів може перебільшити 0,5 мЗв (0,05 Бер) на рік.

Зона підвищеного радіоекологічного контролю — це територія із щільністю забруднення ґрунту радіонуклідами цезію від 1,0 до 5,0 Кі/км2, або стронцію від 0,02 до 0,15 Кі/км2, або плутонію від 0,005 до 0,01 Кі/км2, де ефективна доза опромінювання з урахуванням коефіцієнту міграції радіонуклідів в рослини та інших факторів може перебільшити 0,5 мЗв (0,05 Бер) на рік.

На території сліду радіоактивної хмари такого вибуху виділяють такі зони Зона надзвичайно небезпечного забруднення — Зона Г.

Зона небезпечного забруднення — Зона В.

Зона сильного забруднення — Зона Б.

Зона помірного забруднення — Зона А.

Зона радіаційної небезпеки — Зона М.

Характеристики зон див. таблиця № 3.

Характер і масштаби радіоактивного забруднення місцевостіпри аварії на АЕС залежать:

від типу реактора;

від ступеня зруйнування реактора;

від метеоумов та рельєфу місцевості;

від, головне, характеру вибуху (тепловий, ядерний).

Тепловий вибух (типу чорнобильського) — викид радіонуклідів у атмосферу, гідросферу і літосферу. Це обумовлює радіоактивне забруднення навколишнього середовища і опромінювання працюючого персоналу і населення.

Ядерний вибух — вибух відбувається внаслідок вибухової ядерної реакції. В такому випадку зараження навколишнього середовища буде таким, як при наземному ядерному вибуху ядерного боєприпасу.

Ступень забруднення характеризується поверхневою об'ємною щільністю зараження радіонуклідами і вимірюється активністю того чи іншого радіонукліда, яка припадає на одиницю площі (об'єму).

• 6. Радіоактивність — це властивість деяких природних елементів радій, уран, торій і інші, а також штучних радіоактивних ізотопів мимовільно розпадатися виділяючи при цьому невидимі і невідчутні людиною випромінювання. Такі елементи називаються радіоактивними.
• 7. Доза випромінювання (опромінення) — це енергія опромінення поглинена в одиниці об'єму або маси речовини за весь чає впливу випромінення. Енергія випромінювання, поглинена речовиною, втрачається на його іонізацію. Отже, доза опромінення (випромінення) характеризує рівень іонізації речовини: чім більша доза, тим більше рівень (ступінь, величина) іонізації.

Тому саме доза випромінення (опромінення) є мірою уражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварини або рослини. Одна і таж доза може накопичуватись за різний час, притому біологічний ефект випромінення залежить не тільки від величини дози, але і від часу її накопичення. Чим швидше одержана певна величина дози, тим більша її уражаюча дія, і навпаки.

Є три види доз: експозиційна, поглинена і еквівалентна.

8. Експозиційна доза — це доза випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського та гамма-випромінювання в повітрі. Саме цю дозу вимірюють дозиметричними приладами. Вона характеризує джерело і радіоактивне поле, яке це джерело утворює. Це потенційна небезпека опромінення. Людина може зайти в це поле і опромінитись, а може і не заходити, а отже і не опромінюватися, та поле з певною дозою випромінювання залишається. Дозу вимірюють в рентгенах (Р), а в системі Сі в кулонах на кілограм (Кл/кг).

Рентген — така кількість енергії гамма-випромінювання яка при поглиненні в 1 см³ чистого сухого повітря при температурі 0 °C і тиску 760 мм рт. ст. утворює 2,08*109 пар іонів.

• 1 Р = 1000 мілірентген (мР)
• 1 мР = 1000 мікрорентген (мкР)
• 9. Поглинена доза — це кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань поглиненої одиницею маси середовища. За одиницю поглиненої дози опромінення прийнято джоуль на кілограм (Дж/кг) — Грей. Позасистемна одиниця — Рад. Рад — це поглинена доза випромінювання, що рівна 0.01 Дж на 1 кг опроміненої речовини.
• 1 Рад = 1000 мРад
• 1 Рад = 1,14 Р
• 1 Рад = 10−2 Гр
• 1 Р = 0,877 Рад
• 1 Гр = 100 Рад
• 10. Еквівалентна доза опромінення враховує ту обставину, що різні види випромінювань створюють різний біологічний уражаючий ефект при одній і тій же дозі випромінювання. Наприклад, альфа-випромінювання наносить людині уражаючий ефект в 20 раз більший, ніж така-ж доза гамма-випромінювання. Щоб врахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань використовується «коефіцієнт якості» (величина ВБЕ, див. пункт 5) на який необхідно помножити величину поглиненої дози від конкретного виду випромінювання, щоб отримати еквівалентну дозу. Усі національні і міжнародні норми встановлено саме в еквівалентній дозі опромінення. Позасистемна одиниця — Бер, системна — Зіверт.
• 1 Бер = 0.01 Зв
• 1 Зв = 100 Бер
• 1 Зв=1000мЗв
• 1 Бер = 10 мЗв
• 1 Бер = 1.04 Р = 1040 мР = 10 мЗв
• 1 Мзв = 104 мР
• 11. В залежності від величини дози випромінювання у опромінених людей виникає променева хвороба (див. таблиця № 5).
• 12. Рівень радіації (потужність дози випромінення) — символ «Р». Доза випромінювання віднесена до одиниці часу (Р/год, Рад/год, Зв/год…)
• 7. Осередок ядерного ураження

Осередок ядерного ураження — це територія в межах якої внаслідок вибуху ядерного боєприпасу сталося масове ураження людей, сільськогосподарських тварин і рослин, зруйнування і пошкодження будівель і споруд, виникли пожежі і радіоактивне зараження місцевості.

При вибусі ядерного боєприпасу виділяється величезна кількість енергії і виникає ряд уражаючіх факторів, Променева хвороба формується під впливом радіоактивного випромінювання в діапазоні доз 1−10 Гр і більше. Деякі зміни, що спостерігаються при опроміненні в дозах 01−1 Гр, розцінюються як доклінічні стадії захворювання. Виділяють дві основні форми променевої хвороби, що формуються після спільного щодо рівномірного опромінення, а також при дуже вузько локалізованому опроміненні певного сегмента тіла або органа.

Також відзначають поєднані і перехідні форми.

Променева хвороба поділяється на гостру (підгостру) і хронічну форми залежно від часового розподілу і абсолютної величини променевого навантаження, що визначають динаміку розвитку змін.

Своєрідність механізму розвитку гострої і хронічної променевої хвороби виключає перехід однієї форми в іншу. Умовним кордоном, відмежовує гострі форми or хронічних, є накопичення протягом короткого терміну (від 1 год до 1−3 днів) загальною тканинної дози, еквівалентної такої від впливу 1 Гр зовнішнього проникаючого випромінювання.

Розвиток провідних клінічних синдромів гострої променевої хвороби залежить від доз зовнішнього опромінення, що обумовлюють різноманітність спостерігаються поразок.

Крім того, грає важливу роль і вид випромінювання, кожному з яких властиві певні особливості, з якими пов’язані відмінності в їх шкідлива дія на органи і системи. Так, для а-випромінювання характерні висока щільність іонізації і низька проникаюча здатність, у зв’язку з чим дані джерела викликають обмежене в просторі шкідливу дію.

Бета-випромінювання, що володіють слабкою проникаючої і іонізаційній здатністю, викликають ураження тканин безпосередньо на ділянках тіла, прилеглих до радіоактивного джерела. Навпаки, у-випромінювання і рентгенівське випромінювання викликають глибоке ураження всіх тканин в зоні своєї дії. Нейтронне випромінювання викликає значну неоднорідність ураження органів і тканин, так як їх проникаюча здатність, так само як і лінійні втрати енергії по ходу нейтронного пучка в тканинах, різні.

У разі опромінення дозуванням 50−100 Гр ураження ЦНС визначає провідну роль в механізмі розвитку захворювання. При цій формі хвороби смерть наголошується, як правило, на 4−8-й день після впливу радіації.

При опроміненні в дозах від 10 до 50 Гр на перший план в механізмі розвитку основних проявів променевої клінічної картини захворювання виходять симптоми ураження шлунково-кишкового тракту з відторгненням слизової тонкого кишечнику, що призводять до смерті протягом 2 тижнів.

Під впливом меншої дози опромінення (від 1 до 10 Гр) чітко простежуються симптоми, типові для гострої променевої хвороби, головним проявом якої є гематологічний синдром, що супроводжується кровотечами і всілякими ускладненнями інфекційної природи.

Пошкодження органів шлунково-кишкового тракту, різних структур як головного, так і спинного мозку, а також органів кровотворення є характерним для впливу вищевказаних доз опромінення.

Ступінь вираженості таких змін і швидкість розвитку порушень залежать від кількісних параметрів опромінення.

У становленні і розвитку захворювання чітко виділяються такі фази:

I фаза-первинна загальна реакція;

II фаза — позір на клінічне благополуччя (скрита, або латентна, фаза);

III фаза — яскраво виражені симптоми захворювання; IV фаза період відновлення структури і функції.

У тому випадку, якщо гостра променева хвороба протікає в типовій формі, в її клінічній картині можна виділити чотири ступені тяжкості. Симптоми, характерні для кожної з ступенів гострої променевої хвороби, обумовлені дозою радіоактивного опромінення, яка припала на даного хворого:

• 1) легкий ступінь виникає при опроміненні в дозі від 1 до 2 Гр;
• 2) середньої тяжкості - доза опромінення становить від 2 до 4 Гр;
• 3) важка — доза радіації коливається в межах від 4 до 6 Гр;
• 4) вкрай важкий ступінь виникає при опроміненні в дозі, що перевищує 6 Гр.

Якщо хворий отримав дозу радіоактивного опромінення в дозі менше 1 Гр, то доводиться говорити про так звану променевої травми, що протікає без яких-небудь явних симптомів захворювання.

Важкого ступеня захворювання супроводжують відновні процеси, які протікають тривало протягом 1−2 років. У випадках коли залишаються будь-які зміни, що здобувають стійкий характер, надалі слід говорити про наслідки гострої променевої хвороби, а не про перехід гострої форми захворювання в хронічну.