Результаты исследования

4. Результаты исследования

4.1 Радиационные последствия атмосферных ядерных испытаний на территории Семипалатинского ядерного полигона, находящегося на землях Павлодарской области

Ядерный взрыв – это совокупность и последовательность грандиозных процессов, обусловленных переносом из зарядного устройства в окружающую среду колоссального количества энергии, которая выделяется менее чем за миллионную долю секунды. Ее плотность в начальный момент после взрыва превышает значения, характерные для Солнца. Выделившаяся при ядерном взрыве энергия превращает вещество заряда, конструкции ядерного устройства и объекты природной среды в сильно разогретую плазму, давление которой превосходит прочность межатомных связей в веществах.

Ядерные заряды могут быть двух типов:

-    основанные на реакции деления тяжелых ядер, в которых критическая масса ²³⁵U или Ри создается в результате подрыва обычного взрывчатого вещества и основное энерговыделение обусловлено делением части исходной ядерной массы на легкие осколки;

-    основанные на слиянии легких ядер дейтерия или трития в результате использования ядерного заряда предыдущего типа в качестве инициатора. Основное энерговыделение происходит за счет реакций синтеза.

П-1 -–наземные взрывы, произведенные 29.08.49, 24.09.51, 12.08.53 гг.

П-2 -–наземные взрывы

П-3 -–воздушные взрывы малой и средней мощности

П-4 -–для испытаний БРВ за пределами «Опытного поля»

П-5 -–воздушные взрывы большой мощности

П-6 -–гидроядерные эксперименты

Рисунок 4 -–Схема расположения основных технологических площадок па «Опытном поле»

Гидроядерные эксперименты, выполняющиеся при неядерных взрывах, сопровождались диспергированием (распылением) изотопов плутония-23 9/240 и урана. При этом, по оценкам российских специалистов, было диспергировано примерно 750 Ки активности плутония (—12 кг). Плутоний обладает в тысячу раз более высокой удельной активностью по сравнению с ураном, а также более высокой радиотоксичностью.

Загрязнение местности альфа-активными веществами представляет серьезную опасность. Удельная альфа-активность неразделившейся части ядерного заряда имеет следующие значения: плутония-239 -–60 кюри на килограмм, урана-235 -–9,5 кюри на килограмм. Суммарная активность неразделившейся части заряда относительно мала по сравнению с продуктами деления, но она может создавать проблемы вследствие высокой токсичности альфа-активных веществ.

В связи с отсутствием значимого ядерного энерговыделения основное радиационное воздействие этих опытов на окружающую среду ограничивалось территорией, на которую распространялось диспергирование делящихся материалов, входящих в состав взрывных устройств.

По условиям проведения атмосферные ядерные взрывы подразделяются на наземные, воздушные и космические.

Наземный взрыв — это ядерное испытание, проведенное либо на поверхности земли, либо на испытательной башне. К этой категории относятся все ядерные испытания с приведенной высотой подрыва не более 35 м/кт .

Воздушный взрыв — это ядерное испытание в атмосфере с приведенной высотой подрыва 100 м/кт¹³, при котором образующийся «огненный шар» не касается земной поверхности.

Высотный взрыв — это ядерное испытание в атмосфере, когда «огненный шар» сравним с характерным размером неоднородности атмосферы (~7 км). В эту же категорию включены также космические взрывы, однако на СИП они не проводились.

Из 116 ядерных испытаний, проведенных на «Опытном поле», 30 были наземными, 6 высотными и 80 атмосферными.

Хронология атмосферных испытаний и их суммарное энерговыделение показаны в таблице 17.

Таблица 17 -–Распределение ядерных испытаний на «Опытном поле» и их энерговыделение по годам.

Степень воздействия ядерных испытаний на окружающую среду определяется многими причинами. Основные из них -– это тип и мощность взрывного устройства, условия проведения взрыва, свойства среды, в которой производится взрыв, а также метеорологические условия.

По мощности ядерные устройства можно разделить на 5 групп (таблица 9):

Таблица 18 -–Классификация ядерных устройств по мощности

Проведение любого ядерного взрыва сопровождается образованием радиоактивных продуктов, распространение которых в той или иной степени обусловливает радиоактивное загрязнение земной поверхности.

Известно, что при взрыве ядерного заряда первоначальная смесь содержит более 200 альфа-, бета- и гамма-активных радионуклидов с широким спектром периодов полураспада и энергии излучения. Образовавшиеся продукты ядерного деления рано или поздно оседают на земную поверхность. Однако характер радиоактивного загрязнения сред определяется многими факторами и, прежде всего, условиями проведения взрыва.

Пространственное распределение продуктов взрыва и время их появления на местности определяются метеорологическими условиями -–скоростью и направлением ветра, а рассеяние -– состоянием атмосферы (стратификации, турбулентности, атмосферными осадками и т.п.).

При проведении наземных взрывов образующийся «огненный шар» соприкасается с земной поверхностью. При контакте в результате воздействия мощного теплового излучения верхние слои грунта плавятся, испаряются и вовлекаются сначала в «огненный шар», а затем в атомное облако. Следовательно, в огненном шаре и облаке взрыва наряду с испарившимся веществом конструкции испытуемого устройства, ядерного топлива присутствуют элементы подстилающей поверхности (элементарные зерна грунта или их группы).

При осуществлении наземного ядерного взрыва на 1 кт мощности в атмосферу выбрасывается около 5000 т породы, из которых 180-200 т -–плавится, а 1,5-25 т -–испаряется.

Значительная масса загрязненного грунта выпадает в районе взрыва, остальная попадает в верхние слои атмосферы и переносится на большие расстояния.

Наиболее крупные частицы, имеющие диаметр 50 и более мкм, в течение нескольких часов после взрыва оседают в районе взрыва, формируя на местности локальное загрязнение (ближний след). Следует отметить, что каждый взрыв обуславливает загрязнение, имеющее свою индивидуальность.

Более мелкие частицы, имеющие диаметр 10-50 мкм, начинают оседать позднее на значительном расстоянии от места взрыва. При этом формируются дальние радиоактивные следы.

Особенность дальних выпадений заключается в том, что они прослеживаются на многие сотни и даже тысячи километров и провести их идентифицирование очень сложно, так как на дальних расстояниях от места взрыва происходит наложение радиоактивных выпадений от многих взрывов.

Еще более мелкие частицы, имеющие диаметр в единицы и доли микрон, переносятся на большие расстояния и постепенно выпадают на земную поверхность, формируя глобальный фон. Процессы формирования глобального радиоактивного загрязнения могут длиться многие недели, месяцы и даже годы в результате выпадений радиоактивных продуктов, выброшенных в стратосферу при проведении мощных ЯВ.

Следует отметить, что каждый взрыв обусловливает загрязнения, имеющие свои индивидуальные особенности.

Воздушный ядерный взрыв принципиально отличается от наземного механизмом формирования частиц-носителей радиоактивных загрязнений. Прежде всего, при воздушных взрывах в формировании радиоактивных продуктов не участвуют материалы подстилающей поверхности, так как «огненный шар» не соприкасается с ней.

Радиоактивное загрязнение местности при проведении воздушных взрывов связано, главным образом, с глобальными выпадениями радиоактивных веществ, т.к. существенная часть наработанной активности поднимается в верхние слои атмосферы (стратосферу) и пребывает там многие месяцы и даже годы, постепенно оседая на земную поверхность. Считается, что 20% активности сосредоточено вблизи эпицентров испытаний, а 80% входят в состав глобальных выпадений. В эпицентре взрыва оседают, главным образом, продукты нейтронной активации.

По мере удаления от эпицентра взрыва радиоактивное загрязнение уменьшается. Вместе с тем, высокие уровни загрязнения могут наблюдаться на достаточно большом расстоянии от эпицентральной зоны. Скорость оседания радиоактивных частиц из атмосферного резервуара зависит от размеров частиц, высоты их нахождения и метеорологических условий.

Взрывы на больших высотах исключали появление зон загрязнения на местности, но при этом увеличивали глобальный фон за счет радиоактивных выпадений. В результате радиоактивных выпадений сначала образуется поверхностное загрязнение местности. Постепенно под влиянием различных процессов радиоактивные продукты проникают вглубь почвы либо вместе с частицами-носителями, либо самостоятельно, если частицы разрушаются, или происходит смыв радиоактивности с поверхности этих частиц. В результате образуется объемное загрязнение верхнего слоя почвы в несколько сантиметров.

Как было сказано ранее, все радиоактивные вещества, обусловленные ядерными испытаниями, в конце концов, выпадают на земную поверхность. Зона контакта с наземными объектами -– это почвенный покров. Почва является природным геохимическим барьером между различными звеньями окружающей среды. Она накапливает и сохраняет различные ингредиенты, в том числе и продукты радиоактивного распада. Скорость миграционных процессов зависит от типов почвы, атмосферных осадков, физико-химических свойств загрязненных частиц, от физико-химических свойств почвы (в частности, минералогического и химического состава), времени, прошедшего после поступления радионуклидов в почву, вида растительности, агротехники и др.

После приземления радиоактивные вещества вступают во взаимодействие с подстилающей поверхностью и наносят ущерб биологическим объектам, вызывая морфологические, физиологические нарушения в организмах.

Радиоактивные выпадения, обусловленные ядерными взрывами, в конечном итоге включаются в биологические циклы и подчиняются общим закономерностям поведения, определяемым ландшафтно-геохимическими условиями.