Во-первых, давайте определимся с источниками. На мой взгляд, лучшим источником о ЯО в целом является фундаментальное издание "Действие ядерного оружия". Однако, учитывая, что радиология не стоит на месте, также очень рекомендую целый ряд академических исследований по биологическому действию радиации: [1],[2],[3],[4],[5],[6].
Введение
Радиация вообще-то не является самым опасным поражающим фактором ЯВ (для человека на открытой местности это световое излучение, для человека в здании - ударная волна. Подробнее здесь.)
Радиация ЯВ делиться на 2 типа. Грубо говоря, «проникающая радиация» или «ионизирующие излучение» (ИИ) это первичная радиация, источником которой является сам взрыв. Условно, считается, что это радиация в течении первой минуты, хотя фактически она излучается всего за секунды, но с огромной мощностью.
А радиоактивное заражение – это вторичная радиация, источником которой являются, главным образом, продукты взрыва, а также непрореагировавшее ядерное топливо и внешние тела, в которых возникла наведённая радиоактивность под действием радиации первичной. Она, т.е. вторичная радиация, излучается в течении очень долгого времени (годы), постоянно ослабевая. Но её суммарная энергия может быть всего в ~2 раза выше, чем у «проникающей радиации».
Понятно, что это классификация не по признаку физической природы. А по физической природе радиация бывает, как известно: «альфа», «бетта», «гамма», нейтронная, протонная и др. В случае с ЯО наиболее опасна "гамма" и нейтронная.
Первичная радиация
Первичная радиация от стратегической боеголовки (100-кт W-76 в данном случае.) опасна только в радиусе ~2 км, т.е. в зоне тотальных разрушений, где выжить и так практически невозможно. Это связано с тем, что она экспоненциально поглощается атмосферой, ослабевая в 2 раза примерно каждые 300 м. Поэтому, если человек выжил после взрыва, то скорее всего он не получил опасную дозу первичной радиации, так как находился дальше или в укрытии.
Т.е. если вы очнулись, и видите вокруг вас полуразрушенные здания, какие-то руины (радиус 3 км), то вы получили дозу максимум 5 р. Как будет обсуждаться ниже, в условиях военного времени об этом даже не нужно беспокоиться.
Впрочем, это не справедливо для зарядов малой мощности, например, тактических в 1 кт или даже для бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки (15-20 кт). Для них доля потерь именно от первичной радиации будет существенна, т.к. радиус проникновения первичной радиации не намного меньше, а радиус поражения ударной волной и световым излучением существенно меньше.
Озвучим некоторые способы защиты. Так, 45 см бетона или 66 см грунта ослабляют ИИ в 10 раз. А вдвое большая толщина, соответственно, примерно в 100 раз.
Также, нужно отметить, что при взрыве рассматриваемой мощности (100 кт) за первую секунду после взрыва излучается оценочно менее 50% энергии ИИ. Т.е. если вы очень быстро кинетесь за укрытие, то это позволит заметно снизить дозу, хотя и не так эффективно, как против светового излучения. Однако, нужно понимать, что в случае с ИИ значительная его часть является рассеянной, т.е. будет направлена на вас не только с направления взрыва, но и с других.
Радиоактивное заражение
Как мы говорили выше, основной источник радиоактивного заражения – продукты взрыва. И, как вы знаете, одна из характеристик радиоактивных изотопов – период полураспада. Эта величина меняется в крайне широких пределах от 10^-24 с до 10^24 лет. И, часто у людей возникает ощущение, что чем он больше, тем хуже.
В действительности, чем больше период полураспада, тем меньшую мощность излучения будет создавать при прочих равных изотоп.
При ядерном взрыве возникают более 200 радиоактивных изотопов с разными периодами полураспада. В результате, для описания того, как их масса, а, следовательно, и мощность излучения будет завесить от времени можно использовать зависимость t^-1,2 (время прошло в 7 раз больше, радиация в 10 раз меньше).
Уровень через 1 час считается эталонным. Через 2 дня она ослабевает в 100 раз, через 2 недели в 1000 раз, через 3 месяца в 10 000 раз. Поэтому, первые часы-дни самые опасные. За первые сутки высвечивается 80% интегральной дозы. Эта зависимость приближённо работает от одной минуты после взрыва до 6 месяцев, далее же ослабление происходит быстрее (в 1 000 000 раз через 2,28 года).
Если же мы эту зависимость проинтегрируем, то окажется, что если эталонный (t=1час) уровень был 100 р/ч, то за всё время до полного распада будет получена доза около 970 р. (хотя, тут нужно уточнить, что, вообще-то говоря, человеческий организм намного легче переносит ту же дозу в течении долгого времени, чем единовременно)
Далее, выпадение (по-английски: fallout) радиоактивных осадков делиться на раннее и позднее.
Позднее именно поражающим фактором не является, т.к. происходит спустя недели-месяцы-годы после взрыва, да ещё и глобально, т.е. по всей поверхности Земли. Это означает, что пока вот эти частицы 3 месяца летали где-то в стратосфере, то от них осталась только 1/10 000 часть, да она ещё и размазалась в гомеопатической концентрации по поверхности в 500 млн. км.кв.
А вот раннее, происходит в течении не более 24 часов в окрестностях взрыва. И вот оно уже поражающим фактором является.
И сенсационная новость. При воздушном взрыве (т.е. таком, когда огненный шар не касается поверхности, т.е. высота более 350 м для 100 кт, а, как мы помним оптимальная высота с точки зрения ударной волны и светового излучения против города – до 1000 м) раннего выпадения не происходит. Т.е. оно ничтожно. И взрывы в Хиросиме и Нагасаки были именно такими, без фоллаута.
Почему так происходит? Потому что, чтобы частицы стали быстро выпадать они должны быть достаточно крупными. При наземном взрыве огненный шар вбирает в себя много грунта с поверхности, образуются крупные частицы, на них оседают радиоактивные изотопы, и оно выпадает. А при воздушном взрыве всё мелкодисперсное, и оно просто вместе с грибовидным облаком за счёт архимедовых сил поднимается вверх на многие километры и там рассеивается.
Правда, в пределах (очень небольшого, как мы помним) радиуса действия ионизирующего излучения в грунте возникает наведённая радиоактивность. Но, она ослабевает намного быстрее (период полураспада в среднем 2,5 часа).
Из 4-х показанных зон (1000+, 100+, 10+, 1+ р/ч эталонные дозы) при длительном пребывании без укрытий 2 являются безусловно смертельными, 3 безусловно опасными по критериям военного времени. (хотя, при прочих равных, чем ближе к взрыву - тем опаснее, даже на одной изолинии, что связано с немгновенностью выпадения). Нужно понимать, что это - идеализированная картина. Реальные контуры будут искривлены и с наличием разных "пятен". Площадь безусловно смертельной вне укрытий зоны порядка 400 км.кв. Практически ни в каких районах эталонный уровень не превышает 10 000 р/ч.
Наибольшую угрозу несёт внешнее гамма-облучение от осевшей на земле пыли, а не попадание радиоактивных частиц внутрь организма (в случае с авариями АЭС - ситуация обратная). В свою очередь касательно попадания внутрь, опаснее попадание с едой/водой, чем с воздухом. Внешнее облучение ослабляется в 10 раз слоем бетона в 20 см или грунта в 30 см. (да, от него легче экранироваться, чем от первичной радиации) Поэтому подвал массивного здания - очень эффективное укрытие, даже если он не оборудован системой фильтрации. А вот плащ РХБЗ и противогаз лишь минимально снизят дозу на открытой местности и защитит от бетта-ожогов.
Что не отменяет важности применения противогазов, плаща РХБЗ а также защиты еды и воды от попадания радиоактивной пыли и приёма радиопротекторов в допустимых дозах.
Первое время (от 2 дней, а далее по запасам воды-еды и в зависимости от степени укрытия. Если это специализированное убежище, то 2 недели) следует провести в укрытии, затем эвакуироваться перпендикулярно зоне заражения.
Заражённые районы (которые были опасны для жизни и здоровья первое время) не пригодны для жизни (по критерия мирного времени) в течении в среднем нескольких месяцев. Отдельные районы вблизи эпицентра - нескольких лет. Кстати, вопреки стереотипам. Люди часто склонны проецировать долгосрочные последствия аварий АЭС на ЯО, чего делать нельзя.
Биологическое действие радиации
Основное поражающее действие радиации - острая лучевая болезнь (ОЛБ), которая может вызвать смерть в течении нескольких недель-месяцев. Единовременная доза 1 Зв (примерно равно 1Гр, 100рад, 100 бэр, 100 р) - примерная нижняя граница ОЛБ (обычно начинаются симптомы), 10 Зв - летальность близка к 100%.
Долгосрочные эффекты также есть, но менее опасны и носят стохастический (вероятностный) характер. Так, при дозе в 1 Зв (граница симптомов ОЛБ) в возрасте 30 лет избыточная вероятность смерти от рака составляет около 5% при базовой в РФ 16% (в США - 22%). И та и та, в основном, нарастает к старости, также радиационный риск включает и другие заболевания, помимо рака. Это эквивалентно сокращению ожидаемой продолжительности жизни примерно на 3 года. Зависимость избыточной вероятности от дозы близка к линейной.
Оценочно, если 100 человек будут подвергнуты единовременному облучению в 500 р то 50 из них умрут от лучевой болезни в течении первых месяцев и ещё 15 (в эквиваленте, т.е. в пересчёте на отнимаемую продолжительность жизни) от долгосрочных последствий.
Фертильность может временно подавляться после облучения. Развитие полного бесплодия происходит при весьма высокой дозе более 400 р.
Генетическое последствие на потомков облучённых также существует, однако, в массовом сознании преувеличены. Так, среди потомков более чем 70 000 исследованных выживших жертв бомбардировок японских городов не было выявлено статистически значимых изменений.
Среди пострадавших в Японии было более 2000 человек, получивших облучение in utero (внутриутробно). Например, тяжёлой умственной отсталостью (одно из важнейших возможных последствий) страдали около 30 из них. Вероятность данного порока при дозе 100 р на 8-15 неделе (где, она максималена) оценивается в 40%. Вообще плод на 8-15 неделе наиболее уязвим, примерно в 10 раз по сравнению со взрослым человеком.
N.B. Статья не призывает к насилию. Автор надеется, что ядерной войны не будет и публикует статью в образовательных целях. Подписывайтесь, если понравился материал.