Характеристика источников чрезвычайных ситуаций

Проникающая радиация

Проникающая радиация ядерного взрыва представляет собой поток g-лучей и нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны ядерного взрыва.

Основным источником проникающей радиации являются ядерные реакции деления и синтеза, протекающие в момент взрыва, а также радиоактивный распад осколков деления. Нейтроны высоких энергий (быстрые), испускаемые при реакции синтеза, во многом определяют поражающее действие проникающей радиации и радиус ее действия может достигать 2,5-3 км. Поражающее действие ПР обусловлено облучением людей и технических устройств. Нейтронная составляющая (нейтроны высоких энергий) проникающей радиации вызывает сильную наведенную радиоактивность в районе взрыва и в материалах оборудования объектов экономики.

Поражающее действие проникающей радиации при взрыве нейтронного боеприпаса мощностью 1 кт эквивалентно действию обычного ядерного боеприпаса мощностью 10-12 кт.

Время действия проникающей радиации не превышает нескольких секунд (10-15 с) и определяется временем подъема облака взрыва на такую высоту, при которой -излучение поглощается толщей воздуха и практически не достигает земли.

Механизм поражающего действия ИИ на человека заключается в ионизации тканей его тела. Прямое действие ИИ может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения (без разрыва химических связей). Поскольку основную часть массы тела человека составляет вода (около 75%), первичные процессы ионизации молекул воды приводят к образованию высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа "ОН*" или "Н*". Последующие цепные каталитические реакции (в основном окисления молекул белка) нарушают обмен веществ и способствуют образованию токсичных продуктов. Это так называемое косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды.

В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения:

• повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата (структуры ядра) облученной клетки;
• блокирование процессов обновления и дифференцирования клеток;
• блокирование процессов пролиферации (разрастания) и последующей физиологической регенерации тканей.

Самыми радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей организма: нервной системы, костного мозга, гонад (половых желез), селезенки, лимфы и крови (снижается ее свертываемость, повышается кровоточивость стенок кровеносных сосудов). Прежде всего поражаются кроветворные органы, в результате чего наступает кислородный голод тканей, резко снижается иммунная защищенность организма.

Изменения на клеточном уровне и гибель клеток приводят к нарушению функций отдельных органов и организма в целом (в том числе и потерю иммунитета - устойчивости к инфекциям) и возникновению лучевой болезни.

В зависимости от дозы облучения различают четыре степени лучевой болезни:

• лучевая болезнь I степени (легкая) возникает при суммарной дозе облучения 1,5-2,5 Грея (150-250 рад). Скрытый период продолжается две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание белых кровяных шариков. Лучевая болезнь I степени излечима;
• лучевая болезнь II степени (средняя) возникает при суммарной дозе облучения 2,5-4 Грея (250-400 рад). Скрытый период длится около недели. Признаки заболевания выражены более ярко. При активном лечении наступает выздоровление через 1,5-2 мес.;
• лучевая болезнь III степени (тяжелая) наступает при дозе облучения 4-7 Грей (400-700 рад). Скрытый период составляет несколько часов. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 6-8 мес.;
• лучевая болезнь IV степени (крайне тяжелая) наступает при дозе облучения свыше 7 Грей (свыше 700 рад), которая является наиболее опасной.

Аналогичное воздействие оказывают ИИ на животных, вызывая лучевую болезнь, и на растения. Растения наиболее чувствительны к облучению в период ранних фаз развития, когда страдают зоны активного роста, т. е. молодые делящиеся клетки. При этом растениям разных видов и сортов присуща неодинаковая радиоустойчивость. Лучевое поражение у растений проявляется в торможении роста и замедлении развития, снижении урожая, понижении репродуктивного качества семян, клубней, корнеплодов. При больших дозах облучения возможна гибель растений, проявляющаяся в остановке роста и усыхании. Наиболее чувствительны к воздействию ИИ сосновые леса. Лиственные породы (береза, осина, дуб) страдают меньше.

Кроме того, вследствие действия проникающей радиации могут возникать обратимые и необратимые повреждения в особо чувствительных элементах дозиметрической и радиоэлектронной аппаратуры, изменения межмолекулярных связей в органических материалах - деструкция и сшивание.

Под воздействием проникающей радиации в материалах оборудования объектов экономики может образоваться наведенная активность, которая оказывает влияние на работоспособность персонала объекта.

Так как проникающая радиация - это поток нейтронов и g-квантов, то для защиты от нее необходимы комбинированные экраны, состоящие из легких водородосодержащих веществ (для ослабления нейтронного потока) и материалов, обладающих высокой плотностью (для защиты от g-квантов).

Электромагнитный импульс

Электромагнитный импульс (ЭМИ) представляет собой мощное кратковременное электромагнитное излучение, возникающее в результате образования потоков быстрых электронов при ядерном взрыве (рис. 2.3).

увеличить изображение
Рис. 2.3. Схема ЭМИ

При ядерном взрыве -кванты, испускаемые из зоны протекания ядерных реакций, выбивают из атомов воздуха электроны, образуя поток быстрых электронов, летящих в направлении движения -квантов со скоростью, близкой к скорости света, а положительные ионы (остатки атомов) практически остаются на месте. В результате такого разделения электрических зарядов в пространстве образуются элементарные и результирующие электрические и магнитные поля ЭМИ.

Сильные поля ЭМИ в районе центра взрыва обычно возникают при ядерных взрывах в сравнительно плотных слоях атмосферы. На высотах 20-40 км от поверхности земли эти поля менее значительны и образуются в результате взаимодействия -квантов с материалом оболочки боеприпаса и атомами разреженного воздушного пространства.

Испускаемое из зоны высотного взрыва -излучение в направлении поверхности земли начинает поглощаться в более плотных слоях атмосферы на высотах 20-40 км в результате разделения и перемещения положительных и отрицательных зарядов в этой области, а также при взаимодействии с геомагнитным полем Земли возникает электромагнитное излучение, которое достигает поверхности земли в зоне радиусом до нескольких сот километров.

Поражающим фактором ЭМИ являются электрические и магнитные поля напряженностью до десятков киловольт (кВ) при широком частотном спектре (от 10 кГц до 100 кГц). ЭМИ ядерного взрыва аналогичен грозовому разряду, но протекает примерно в 50 раз быстрее.

Поражающее действие ЭМИ в приземной области и на земле происходит за счет наведения электродвижущей силы и создания электрических токов в длинных металлических сооружениях - линиях связи, линиях электропередач, антеннах, рамочных и каркасных конструкциях.

Человек подвергается опасности в районе действия ЭМИ только в случае непосредственного контакта с токопроводящими предметами.

Основа действия защитных устройств от ЭМИ должна заключаться в исключении доступа наведенных токов к чувствительным узлам защищаемого оборудования.

Ударная волна

Ударная волна - один из основных поражающих факторов ядерного взрыва. В зависимости от среды, в которой она распространяется, ее называют воздушной волной, сейсмовзрывной волной (в грунте) и ударной волной (в воде).

Воздушной ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Перед фронтом ударной волны давление в воздухе равно атмосферному Р₀. С приходом фронта ударной волны в данную точку пространства давление резко (скачком) увеличивается и достигает максимального Р_ф = Р₀ + Р_ф, а также температура и скорость движения среды (воздуха). Процесс сжатия воздуха называют фазой сжатия. С течением времени давление снижается и через время ₊ после момента подхода фронта ударной волны становится равным атмосферному. Дальнейшее уменьшение давления приводит к разрежению и в течение времени _- наблюдается фаза разрежения.

Непосредственно за фронтом ударной волны в фазе сжатия движутся массы воздуха, при встрече которых с преградой возникает давление скоростного напора воздушной ударной волны. Поражающее действие ударной волны на людей и различные объекты, в основном, обусловлено воздействием избыточного давления и скоростного напора.

Основными параметрами ударной волны, характеризующими ее поражающее действие, являются: избыточное давление во фронте ударной волны (Р_ф), давление скоростного напора (Р_ск)продолжительность действия избыточного давления (₊)и с корость фронта ударной волны (U).

Причиной разрушения объектов (зданий), имеющих большую парусность (площадь Миделя - площадь элемента, видимого со стороны движения ударной волны), является первоначальный удар, возникающий в момент отражения от них ударной волны (Р_отр) скоростного напора (Р_ск).

Максимальное избыточное давление отражения Р_отр может быть вычислено по формуле

где Р₀ - атмосферное давление (при нормальных условиях Р_о = 101,3 кПа).

То есть Р_отр может быть в пределах от 2Р_ф до 8Р_ф.

Разрушение объектов с малой площадью Миделя (высоких колонн, башен малого диаметра, опор линий электропередач, мостовых ферм, башенных кранов и им подобных объектов) происходит под действием скоростного напора. Это объясняется тем, что ударная волна быстро обтекает данные объекты и избыточное давление воздействует на них практически одновременно со всех сторон.

Зависимость между Р_ф и Р_ск выражается формулой

Характер и степень поражения людей зависят от величины избыточного давления, положения человека и степени защиты в момент действия ударной волны. Ввиду небольших размеров человека избыточное давление охватывает его практически мгновенно и подвергает сильному сжатию. В то же время скоростной напор создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве. Кроме того, могут наблюдаться и вторичные поражения.

Травмы, получаемые людьми от действия ударной волны, условно подразделяют на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Характеристика травм людей приведена в табл. 2.11.

Таблица 2.11. Характеристика травм людей

Вид травм	При каком Рф возникают	Чем характеризуются
Лёгкие	20-40	Скоропреходящие нарушения функций организма (звон в ущах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы
Средние	50 (40-60)	Вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.
Тяжёлые	60-100	Сильная контузия органов, потеря сознания, переломы костей; возможны повреждения внутренних органов и внутренние кровотечения.
Крайне тяжёлые	>100	Разрывы внутренних органов, внутренние кровотечения, переломы костей, сотрясение мозга, длительная потеря сознания. Возможны смертельные исходы.

Основной способ защиты персонала объекта и населения от ударной волны - изоляция их от действия Р_ф и Р_ск. Для этого используются все виды защитных сооружений: убежища, противорадиационные укрытия (ПРУ) и простейшие укрытия (окопы, открытые и перекрытые траншеи, погреба, подвалы и т. д.).

Зонирование очага ядерного поражения (ОЯП) ВУВ производится по характеру повреждений зданий и сооружений.

По величине избыточного давления во фронте ударной волны (DPф) ОЯП условно делится на 4 зоны разрушений - полных, сильных, средних и слабых.

Зона полных разрушений (R₁, Р_ф 50 кПа, S1 = 12-15% от S_общ) характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения; полным разрушением зданий и сооружений; разрушением и повреждением коммунально-энергетических и технологических сетей, а также части убежищ; образованием сплошных завалов в населенных пунктах, пожарами в завалах во всей зоне.

R₁=(0.35-0.4)x³q, км.

Здесь и далее первое значение чисел в скобках - для воздушного взрыва, второе - для наземного.

Зона сильных разрушений (R₂ - R₁, Р_ф от 30 до 50 кПа, S₂ = 10% от S_общ) характеризуется массовыми безвозвратными потерями (90%) среди незащищенного населения; полным и сильным разрушением зданий и сооружений; повреждением коммунально-энергетических и технологических сетей; образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах; сохранением убежищ и большинства ПРУ подвального типа; сплошными пожарами в большей части зоны.

R₂=(0.5 - 0.45)x³q, км.

Зона средних разрушений (R₃- R₂, Р_ф от 20 до 30 кПа, S₃ = 10-18% от S_общ) характеризуется безвозвратными потерями (20%) среди незащищенного населения; средними и сильными разрушениями зданий и сооружений; образованием местных и очаговых завалов; сплошных пожаров; сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и ПРУ.

R₃=(0.75 - 0.7)x³q, км.

Зона слабых разрушений (R₄ - R₃, Р_ф от 10 до 20 кПа, S₄ = 60% от S_общ) характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений; отдельными пожарами на всей площади и даже выходящими за пределы зоны.

R₄=(1.4 - 1.1) x³q, км.