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 Световой импульс - это количество световой энергии, падающей на 1 м² освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, за все время свечения области взрыва (огненного шара).

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.

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
				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.

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.

•

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.

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.

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.

•