8. Испытания ядерного оружия

    Радиологические последствия испытаний ядерного оружия определяются количеством испытаний, суммарными энерговыделением и активностью осколков деления, видами взрывов (воздушные, наземные, подводные, надводные, подземные) и геофизическими факторами окружающей среды в период испытаний (район, метеообстановка, миграция радионуклидов и др.). Испытания ядерного оружия, которые особенно интенсивно проводились в период 1954-1958 и 1961-1962 гг. стали одной из основных причин повышения радиационного фона Земли и, как следствие этого, глобального повышения доз внешнего и внутреннего облучения населения.
    В США, СССР, Франции, Великобритании и Китае в общей сложности проведено не менее 2060 испытаний атомных и термоядерных зарядов в атмосфере, под водой и в недрах Земли, из них непосредственно в атмосфере 501 испытание. Испытания в атмосфере в СССР были завершены в 1962 г., подземные взрывы на Семипалатинском полигоне - в 1989 г., на Северном полигоне - в 1990 г. Франция и Китай до последнего времени продолжали испытывать ядерное оружие. По оценкам во второй половине 20-го века за счет ядерных испытаний во внешнюю среду поступило 1.81 1021 Бк продуктов ядерного деления (ПЯД), из них на долю атмосферных испытаний приходится 99.84 %. Распространение радионуклидов приняло планетарные масштабы (рис. 5-7).
   Продукты ядерного деления (ПЯД) представляют собой сложную смесь более чем 200 радиоактивных изотопов 36 элементов (от цинка до гадолиния). Большую часть активности составляют короткоживущие радионуклиды. Так, через 7, через 49 и через 343 суток после взрыва активность ПЯД снижается соответственно в 10, 100 и 1000 раз по сравнению с активностью через час после взрыва. Выход наиболее биологически значимых радионуклидов приведен в таблице 23. Кроме ПЯД радиоактивное загрязнение обусловлено радионуклидами наведенной активности ( 3Н, 14С., 28Al, 24Nа, 56Mn, 59Fe, 60Cо и др.) и неразделившейся частью урана и плутония. Особенно велика роль наведенной активности при термоядерных взрывах.
    При ядерных взрывах в атмосфере значительная часть осадков (при наземных взрывах до 50%) выпадает вблизи района испытаний. Часть радиоактивных веществ задерживается в нижней части атмосферы и под действием ветра перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе примерно месяц, радиоактивные вещества во время этого перемещения постепенно выпадают на Землю. Большая часть радионуклидов выбрасывается в стратосферу (на высоту 10-15 км), где происходит их глобальное рассеивание и в значительной степени распад. Нераспавшиеся радионуклиды выпадают по всей поверхности Земли. Дозы облучения населения от глобальных выпадений незначительны (таблица 22).

Таблица 22.

Дозы облучения населения от глобальных выпадений в год.

  Зона

Индивидуальная ожидаемая доза, мЗв

Вклады отдельных видов облучения, %
внешнее

внутреннёе.

пища воздух
Умеренный пояс Северного полушария 4.5 24 71 5
Умеренный пояс Южного полушария 3.1 8 90 2
Весь земной шар 3.8 18 79 3

    Годовые дозы облучения населения коррелируют с частотой испытаний. Так, в 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составила ../simages/neaeq.gif (64 bytes)7% дозы облучения от естественных источников. К 1966 году она снизилась до 2%, а к началу 80-ых годов уменьшилась до 1%. В дальнейшем формирование доз будет происходить практически только за счет 14C.
    Суммарная ожидаемая коллективная эффективная доза от всех испытаний, произведенных к настоящему времени, составит в будущем около 3 *107 чел-Зв. К 1980г. человечество получило лишь ../simages/neaeq.gif (64 bytes)12% этой дозы. Из этой суммарной дозы основной вклад дадут следующие радионуклиды:

14C

Т1/2 = 5730 лет

69% общей дозы;

137Сs

Т1/2 = 30 лет

14%;

95Zr

Т1/2 = 65 дней

5.3%;

90Sr

Т1/2 = 28 лет

3.2%;

106Ru

Т1/2 = 373 дня

2.2%;

144Ce

Т1/2 = 285 дней

1.4%;

3H

Т1/2 = 12 лет

1.2%;

131I

Т1/2 = 8 дней

0.9%;

Рис 5-7 и таблица 23 содержат сведения об испытаниях ядерного оружия в атмосфере и вызванных ими образованиях различных радионуклидов.

Таблица 23

Выход некоторых продуктов деления при ядерном взрыве.

Элемент Заряд Период полураспада Выход на одно деление,% Активность на 1 Мт, (1015 Бк)
Стронций-89 38 50.5 сут 2.56 590
Стронций-90 38 28.6 лет 3.5 3.9
Цирконий-95 40 64 сут 5.07 920
Рутений-103 44 39.5 сут 5.2 1500
Рутений-106 44 368 сут 2.44 78
Иод-131 53 8 сут 2.90 4200
Цезий-136 55 13.2 сут 0.036 32
Цезий-137 55 30.2 лет 5.57 5.9
Барий-140 56 12.8 сут 5.18 4700
Церий-141 58 32.5 сут 4.58 1600
Церий-144 58 284 сут 4.69 190
Водород-3 1 12.3 лет 0.01 2.6 10-2

   Рис. 5. Данные по ядерным испытаниям в атмосфере:
   а) число испытаний в атмосфере; 
   б) суммарная мощность ядерных взрывов за год в мегатоннах

   Рис. 6. Содержание стронция-90 и цезия-137 в продуктах питания и суммарная годовая мощность ядерных взрывов в атмосфере.

   Рис. 7. Содержание цезия-137 в различных продуктах питания:
А - зерновые продукты, Б - мясо, В - молоко, Г - фрукты, Д - овощи.

Содержание