Атомная энергия и флот

ПРОНИКАЮЩАЯ РАДИАЦИЯ

Атомный взрыв сопровождается невидимым и непосредственно неощутимым для человека излучением — так называемой проникающей радиацией, представляющей собой потоки гамма-лучей (гамма-квантов) и нейтронов. Часть нейтронов и гамма-лучей испускаются непосредственно в момент взрыва, а остальная часть — в процессе радиоактивного распада продуктов взрыва. Облако, образующееся при воздушном взрыве, содержит большое количество радиоактивных частиц и тоже является мощным источником проникающей радиации. Продуктами взрыва, в числе которых находится и неразделившийся уран (плутоний), испускаются альфа- и бета-частицы.

Альфа- и бета-частицы пробегают в воздухе незначительные расстояния, а поэтому в момент взрыва не представляют опасности для людей. Вследствие этого считается, что проникающая радиация практически состоит из гамма-лучей и потока нейтронов, на которые расходуется примерно 6 процентов энергии взрыва. Проникающей она названа потому, что гамма-лучи и потоки нейтронов, распространяющиеся в воздухе на большие расстояния, способны проходить через значительные толщи различных веществ.

Гамма-лучи представляют собой невидимое электромагнитное излучение с малой длиной волны, испускаемое ядрами атомов. Элементарные порции электромагнитной энергии получили название квантов, а такие же порции гамма-излучения — гамма-квантов. Каждый гамма-квант обладает определенной энергией. По энергии гамма-квантов различают мягкое и жесткое гамма-излучения. Чем выше энергия гамма-квантов, тем через большие толщи материалов способно проникать гамма-излучение.

Проходя через какую-либо среду, эти лучи взаимодействуют с ней. В основе этого взаимодействия лежат три главных процесса: фотоэлектрическое поглощение (испускание электронов атомами за счет поглощения гамма-квантов), рассеяние (изменение направления движения гамма-кванта с одновременным уменьшением его энергии в результате взаимодействия с электронами встречного атома) и образование пар (процесс превращения одного гамма-кванта в электрическом поле ядра в две частицы — электрон и позитрон).

В результате взаимодействия происходит ионизация атомов среды (в том числе и тканей живых организмов), чем и объясняется вредное воздействие гамма-излучения. Однако при прохождении через толщу материала интенсивность излучения вследствие затраты гамма-квантами энергии на ионизацию атомов среды уменьшается. Поэтому чем толще слой материала, тем больше ослабляется, проходя через него, гамма-излучение.

Проникающая способность гамма-лучей характеризуется толщиной слоя материала, при прохождении через который интенсивность излучения уменьшается вдвое. Для различных материалов величина этого слоя будет неодинаковой. Например, железо толщиной около 35–40 сантиметров ослабляет гамма-излучение в десятки тысяч раз, слой грунта такой же толщины — почти в 10 раз, а дерева — только в 2,5 раза. Таким образом, очевидно, что чем выше плотность материала, тем больше он ослабляет интенсивность гамма-излучения.

Каковы же источники гамма-излучения? В момент осуществления ядерной реакции в атомной бомбе ядра урана (плутония) при поглощении (захвате) нейтронов делятся, испуская при этом от 2 до 8 гамма-квантов с энергией в среднем 2–3 миллиона электроновольт. Захватывая нейтрон, ядро может и не разделиться. Однако и в этом случае оно также испускает несколько гамма-квантов (такой процесс получил название радиационного захвата нейтронов). Кроме того, в результате радиационного захвата нейтронов элементами, входящими в состав материалов корпуса и частей бомбы, происходит дополнительное гамма-излучение.

В процессе радиоактивного распада гамма-кванты излучаются «осколками» деления. При этом значительная часть гамма-лучей испускается в первые несколько минут после взрыва. Изотопы, образующиеся при радиационном захвате нейтронов, чаще всего радиоактивны, т. е. испускают бета-частицы и гамма-кванты и таким образом усиливают гамма-излучение.

С течением времени интенсивность гамма-излучения резко снижается. Это объясняется естественным радиоактивным распадом продуктов взрыва и быстрым подъемом облака радиоактивных газов. Скорость движения облака вверх очень велика. Например, через 48 секунд после взрыва бомбы среднего калибра она составляет около 90 м/сек. Вследствие указанных причин интенсивность гамма-излучения, достигшего поверхности земли, через несколько десятков секунд становится ничтожной.

Падение интенсивности излучения с увеличением расстояния от эпицентра взрыва происходит по двум причинам: излучение ослабляется толщами воздуха и распределяется по большой поверхности. Для удобства оценки поражающего действия гамма-излучения принята определенная доза, называемая рентгеном. Доза гамма-излучения в 400–600 рентгенов опасна для жизни человека. Такую дозу не защищенные укрытием люди могут получить на расстоянии 1000–1100 метров от эпицентра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн.

Из всех частиц, испускаемых ядрами атомов, наибольшей проникающей способностью обладают нейтроны. Это объясняется тем, что они не имеют электрического заряда, а потому не испытывают воздействия со стороны электрических сил атомов среды, как, например, альфа- и бета-частицы. Нейтроны взаимодействуют только с атомными ядрами (диаметры которых примерно в 10 000 раз меньше диаметров самих атомов), теряя при этом свою энергию.

Нейтронное излучение обычно характеризуют потоком нейтронов, т. е. тем количеством нейтронов, которое проходит через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения излучения (за все время облучения). Основным источником нейтронного излучения являются ядра атомов, делящиеся в процессе цепной реакции. При взрыве атомной бомбы в момент деления ядер урана (плутония) освобождается от 2 до 3 нейтронов на каждое разделившееся ядро. Часть из образующихся нейтронов идет на развитие реакции деления, а остальные вылетают за пределы оболочки бомбы и входят в состав проникающей радиации.

Вторым источником нейтронов при атомном взрыве являются некоторые элементы «осколков» деления, которые испускают их вслед за своим радиоактивным распадом. Периоды полураспада таких элементов составляют примерно от 0,5 секунды до 1 минуты, а потому эти нейтроны испускаются несколько позже момента взрыва. Число их не превышает одного процента от общего количества нейтронов, образующихся при взрыве.

Поток нейтронов, возникший при воздушном взрыве, прежде чем достигнуть поверхности земли, должен пройти значительные толщи воздуха. Проходя через воздушную среду, нейтроны взаимодействуют с ней. Основными процессами этого взаимодействия являются радиационный захват и рассеяние нейтронов. В результате рассеяния при соударениях нейтроны постепенно теряют почти всю свою энергию, а при радиационном захвате образуются ядра более тяжелых изотопов. Эти процессы приводят к испусканию гамма-лучей и образованию быстро движущихся атомов, ионизирующих среду.

Нейтроны, образующиеся при атомном взрыве, распространяются с большей скоростью. Так, нейтрон с энергией в 1 электроновольт имеет скорость приблизительно 12,6 км/сек. и может достигнуть поверхности земли через десятые доли секунды. Поражающее действие нейтронного потока на незащищенных людей при взрыве в воздухе атомной бомбы (с тротиловым эквивалентом в 20 000 тонн) будет распространяться примерно в радиусе 700–800 метров от эпицентра взрыва.

Нейтроны способны проникать через металлы. Например, при воздушном взрыве у атолла Бикини нейтроны проникли через стальные переборки кораблей, оставшихся на плаву после взрыва, и вызвали радиоактивность столовой соли и мыла на камбузе.

Дозы проникающей радиации на тех расстояниях, на которых корабль может получить незначительные повреждения, как правило, не представляют практической опасности даже для личного состава открытых боевых постов. Это тем более относится к людям, находящимся во внутренних помещениях, где гамма-излучение и нейтронный поток значительно ослабляются корпусом и механизмами, а в отсеках ниже ватерлинии — и забортной водой.

При подводном атомном взрыве на небольшой глубине радиоактивные продукты взрыва оказываются перемешанными с огромными массами воды, выбрасываемой в виде столба на высоту до одного–трех километров. Через несколько секунд водяной столб начинает оседать. При этом у его основания из мелких капель и брызг образуется так называемая базисная волна, которая представляет собой плотное облако радиоактивного тумана.

Базисная волна распространяется вдоль поверхности моря в течение трех–четырех минут, затем отрывается от нее и превращается в слоисто-кучевые облака, из которых выпадает радиоактивный дождь. Таким образом, базисная волна — мощный источник радиоактивных излучений, способных подвергать сильному облучению объекты, находящиеся на пути ее движения.

Однако в этом случае состав проникающей радиации несколько иной, чем при воздушном взрыве. Нейтроны, образующиеся при подводном взрыве, будут поглощены близлежащими слоями воды, так же как и значительная часть гамма-лучей, возникающих в процессе реакции деления. Поэтому проникающая радиация при подводном взрыве явится следствием радиоактивного распада продуктов деления, которые содержатся в тумане базисной волны и радиоактивном дожде.

Базисная волна в первое время распространяется со значительной скоростью, превышающей 30 м/сек. Затем скорость распространения ее падает, и к концу четвертой минуты она не превышает двух–трех метров в секунду. Установлено, что базисная волна может охватывать (без учета ветра) район в радиусе до трех километров от эпицентра взрыва. При наличии ветра этот район будет значительно больше. При подводном взрыве в лагуне Бикини, например, скорость ветра была 2–3 метра в секунду. В результате базисная волна распространилась в сторону движения воздуха на расстояние до 5 километров.

Туман базисной волны, двигаясь низко над поверхностью воды, будет окутывать корабли и объекты, которые находятся на акватории, вследствие чего личный состав этих кораблей и объектов может подвергнуться не только воздействию гамма-лучей, но и бета- и альфа-частиц. Следует учитывать, что через открытые люки, двери и другие отверстия радиоактивный туман базисной волны может проникать во внутренние помещения корабля, увеличивая тем самым опасность поражения личного состава. Поэтому при угрозе атомного нападения на корабле необходимо задраивать возможно большее число дверей, люков, горловин и т. п. Сразу же после взрыва могут использоваться только те вентиляционные установки, которые имеют фильтры.

На одном и том же расстоянии дозы излучения, испускаемого базисной волной, будут значительно больше, чем дозы проникающей радиации при воздушном взрыве. Радиоактивный дождь, также являющийся источником радиоактивных излучений, может еще больше расширить радиус поражения при подводном взрыве.

На процессы образования базисной волны и выпадения радиоактивных осадков сильно влияют не только глубина взрыва и его мощность, но и такие факторы, как метеорологические условия, глубина моря, рельеф дна и др. Например, при взрыве атомной бомбы на очень большой глубине столба воды, а следовательно, и базисной волны может совсем не быть.

Рассмотрим теперь действие проникающей радиации на людей. Ионизируя атомы живых тканей, она нарушает жизненные процессы в организме и вызывает у человека так называемую лучевую болезнь. Основными признаками лучевой болезни являются: тошнота, повышение температуры, головные боли, головокружение, недомогание, потеря аппетита, желудочно-кишечные расстройства, кровоточивость кожи и слизистых оболочек, выпадение волос, уменьшение количества белых кровяных клеток. Лучевая болезнь в зависимости от дозы излучения, полученной организмом, может не проявляться несколько часов, дней и даже недель.

Дозы излучений обычно измеряют в специальных единицах — рентгенах. Рентгеном называют такую дозу, при которой в одном кубическом сантиметре воздуха при нормальных атмосферных условиях возникает два миллиарда пар ионов. При этом каждый ион имеет заряд, равный по величине заряду электрона.

Организм человека без заметных последствий может перенести однократное облучение в 50 рентген. Дозы в 100–200 рентген вызывают заболевание, заканчивающееся, как правило, выздоровлением. Дозы более 400 рентген приводят к тяжелым заболеваниям, в ряде случаев возможны летальные поражения.

Под воздействием проникающей радиации могут изменяться свойства некоторых материалов. Например, стекло темнеет, фотоматериалы засвечиваются. Следует помнить, что любой слой материала в большей или меньшей степени ослабляет проникающую радиацию. Интенсивность гамма-излучения с энергией в 1 миллион электроновольт будет ослабляться вдвое при прохождении через слой железа толщиной около 3 сантиметров или слой бетона толщиной около 10 сантиметров. Бета-излучение с такой же энергией будет практически полностью поглощаться слоем воды в 0,4 сантиметра или слоем воздуха в 300 сантиметров; пробег же альфа-частиц даже в воздухе составляет всего несколько сантиметров (при энергии в 5,5 миллиона электроновольт этот пробег, например, равен 4 сантиметрам). Считается, что суммарная толщина стенок башен, командных пунктов и других корабельных помещений обеспечивает личному составу надежную защиту от проникающей радиации и исключает необходимость в проведении на корабле каких-либо дополнительных мероприятий в этом отношении.

Таким образом, различного рода экраны на кораблях (переборки, броневые плиты и др.) и береговых объектах, а также специальные сооружения, оборудованные на берегу, могут служить достаточным укрытием от поражения проникающими излучениями.

Своевременной организацией мероприятий по укрытию личного состава, основанной на знании способов и средств ослабления излучений, можно значительно снизить опасность поражения проникающей радиацией при атомном взрыве, обеспечить успешное ведение активных боевых действий в условиях применения атомного оружия.