Ядерные испытания и окружающая среда. Пути решения

(реферативная работа)

Выполнил:

курсант 221 группы
Рискаленко В.К.

Проверила:
преподаватель кафедры авиационной метеорологии

Коваленко О. П.

Кировоград
2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

Раздел 1. Виды ядерных взрывов. 6

Раздел 2. Радиоактивные осадки. 9

Раздел 3. Образование радионуклидов. 10

Раздел 4. Сведения о некоторых нуклидах. 11

4.1. Йод. 11

4.2. Цезий. 11

4.3. Стронций. 12

Раздел 5. Общая характеристика воздействия продуктов ядерного взрыва. 13

Раздел 6. Загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний. 14

Раздел 7. Радиационное воздействие ядерных взрывов. 16

Раздел 8. Влияние радиационного заражения на здоровье. 17

Раздел 9. Изучение влияния ядерных испытаний на окружающую среду Семипалатинского региона. 18

Выводы.. 21

Л и т е р а т у р а. 22

В данной реферативной работе рассмотрено влияние ядерных испытаний на окружающую среду. Подробно описаны виды испытаний, их продукты реакций и влияние на окружающую среду.

Предложены возможные пути уменьшения негативного влияния продуктов радиоактивного распада на окружающую среду и организм человека в частности.

Библиограф. 2 назв.

Введение

Ядерное испытание — разновидность испытания оружия. При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв. Мощность ядерного боеприпаса может быть разной, соответственно, и последствия ядерного взрыва.

Считается, что для разработки нового ядерного оружия испытания — обязательное необходимое условие. Без испытаний невозможно разрабатывать новое ядерное оружие. Никакими симуляторами на компьютерах и имитаторами невозможно заменить реальное испытание. Поэтому ограничение испытаний преследует в первую очередь помешать разработке новых ядерных систем тем государствам, которые их уже имеют, и не позволить другим государствам стать обладателями ядерного оружия.

Исторически ядерные испытания делятся на четыре категории по тому, где они проводятся и в какой среде:

· Атмосферные;

· Заатмосферные;

· Подводные;

· Подземные.

После вступления в силу договора об ограничении испытаний в трех средах в 1963 году, большая часть испытаний проводилась странами, подписавшими договор, под землей.Подземные испытания проводятся двумя способами:

· подрыв заряда в вертикальной шахте. Этот способ чаще всего используется для создания новых оружейных систем;

· подрыв заряда в горизонтальной шахте-тоннеле. Этот способ используется для исследования поражающих факторов взрыва на окружающую среду и предметы.;

Первое ядерное испытание было проведено Соединёнными Штатами 16 июля 1945 года в штате Нью-Мексико, заряд был приблизительно эквивалентен 20 килотоннам в тротиловом эквиваленте.

Первое ядерное испытание в СССР было проведено 29 августа 1949 года.

Первое термоядерное устройство было испытано также США на атолле Эниветок (Маршалловы острова) 1 ноября 1952 года (IvyMike, 10,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте).

Первая водородная бомба была испытана в СССР 12 августа 1953 года (около 0,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте).

В качестве жеста доброй воли некоторые ядерные державы объявляют моратории на проведение испытаний и ожидают, что к мораторию присоединятся другие обладатели ядерного оружия. Например, в период с 1958 по 1961 году ядерные испытания не проводили ни США, ни Великобритания, ни СССР, только Франция.

Самым крупным термоядерным зарядом за всё время испытаний стала советская «Царь-бомба» (58 мегатонн), испытанная на половину своей мощности — 58 мегатонн, взорванная на площадке Сухой Нос, на полигоне на Новой Земле 30 октября 1961 года.

Таким образом очевидно, что есть прямая необходимость ограничении использования ядерного оружия, которое, кроме основного поражающего действия, ещё несёт большой вред окружающей среде. Ущерб от подобных испытаний будет напоминать о себе ещё долгое время.

Виды ядерных взрывов

Ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на поверхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают высотный, воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы.

Наземный ядерный взрыв – это взрыв, произведённый на поверхности земли, при котором образующаяся в процессе взрыва светящаяся область касается поверхности земли. Такие взрывы приводят к наиболее значительному загрязнению окружающей среды. Район взрыва оказывается сильно загрязнённым, а радиоактивные осадки выпадают на поверхность земли по направлению движения образовавшегося при взрыве облака, создавая радиоактивный след.

В СССР было проведено 32 наземных взрыва (из них 30 – на Семипалатинском полигоне), из которых при 4 взрывах за пределами полигона в ближней зоне формировались локальные радиоактивные следы. В зоне выпадения радионуклидов оказался 41 населённый пункт. Максимальные дозы облучения населения достигали 1.5-1.9 Гр. Дозы формировались в основном за счёт короткоживущих радионуклидов, среди которых наибольшее значение имели радиоизотопы йода.

На Новоземельском полигоне был произведён один наземный взрыв (в 1957 г.). Степень радиоактивного загрязнения местности после него была весьма высокой.

Воздушный ядерный взрыв – это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Сильное радиоактивное заражение местности образуется в основном вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Их характерной особенностью является то, что, несмотря на соединение пылевого столба с облаком взрыва, поднятые с поверхности земли частицы грунта не вступают во взаимодействие с радиоактивными продуктами – осколками деления ядерного топлива. В связи с этим формирование источника радиоактивного загрязнения происходит за счёт конденсации паров только конструкционных материалов бомбы. Радиоактивные продукты локализуются в каплях образовавшейся жидкости. Размер образовавшихся таким образом радиоактивных частиц – порядка 10 мкм. Эти частицы распространяются и выпадают на землю на расстояниях до нескольких сотен и даже тысяч километров от места проведения взрыва. Помимо этого, подвергшиеся воздействию нейтронного излучения частицы поверхностного слоя грунта вовлекаются в возмущённую область атмосферы и в последующем выпадают из пылевого столба на ближних расстояниях от эпицентра взрыва.

При высоких воздушных взрывах минеральные (почвенные) частицы практически не вовлекаются в облако взрыва. Радиоактивное загрязнение местности происходит в зоне распространения нейтронов проникающей радиации в районе эпицентра, а образующиеся в основном из конструкционных материалов ядерного боеприпаса радиоактивные частицы становятся одной из составляющих глобальных выпадений радионуклидов.

При высотном ядерном взрыве (высота взрыва более 10 км) радиоактивные продукты достигают поверхности земли спустя много времени после его проведения и только в виде глобальных выпадений.

При подводном взрыве мгновенные гамма-кванты и нейтроны поглощаются водой, а радиоактивные продукты распределяются между воздушной средой и морской водой. Возникает полый водяной столб с облаком вверху. После обрушения водяного столба у его основания образуется базисная волна, которая представляет собой приводное облако, состоящее из мелких радиоактивных капель воды и тумана. Через некоторое время это облако отрывается от поверхности воды, передвигается по ветру, и из него выпадает радиоактивный дождь, образуя локальный след. Протяжённость следа и плотность радиоактивного загрязнения местности при выпадении осадков на твёрдую поверхность после подводного взрыва существенно меньше, чем после наземного. СССР были проведены три подводных взрыва в районе губы Чёрная на Новой Земле. Они стали основными источниками техногенных радионуклидов в донных осадках губы. США проводили подводные взрывы на атолле Эниветок (Маршалловы о-ва).

Надводный ядерный взрыв – это взрыв, произведённый на поверхности воды, при котором образующаяся в процессе взрыва светящаяся область касается поверхности воды. Облако надводного взрыва по высоте подъёма и своему виду аналогично облаку наземного взрыва, но размеры локального следа и плотность загрязнения хотя и значительны, но меньше, чем после наземного, однако больше, чем после подводного взрыва ядерного заряда примерно такой же мощности.

После 1963 г. испытания проводились в основном под землёй. При проведении подземных ядерных взрывов основная часть радионуклидов остаётся в полости взрыва, однако во многих случаях наблюдается выброс в атмосферу радиоактивных благородных газов и других летучих продуктов взрыва. По некоторым сведениям, обнаружена также миграция ряда радионуклидов с коллоидной фракцией природных вод.

Радиоактивные осадки

Местные (локальные) радиоактивные осадки – это осадки, которые выпадают в течение первых нескольких часов, но не более чем через сутки после взрыва. Они образуют на местности радиоактивный след облака взрыва с достаточно высокими уровнями загрязнения. Такие локальные следы могут образовываться в основном после наземных взрывов в зоне, непосредственно примыкающей к воронке взрыва.

Глобальные радиоактивные осадки – это те продукты ядерных взрывов, которые достаточно долго находились в стратосфере, т.е. выше тропопаузы. Затем, спустя примерно 4-6 месяцев после ядерного взрыва, они начинают выпадать на поверхность Земли в виде очень мелких частиц, распространяясь практически по всему земному шару. Выпадению глобальных радиоактивных частиц способствуют обычные атмосферные осадки – дождь, снег, туман.

Кроме того, после воздушных ядерных взрывов среднего и крупного калибров возможно формирование радиоактивного загрязнения в промежуточной зоне за счёт тропосферных выпадений, особенно когда приземное пылевое образование втягивается в облако взрыва. Это – полуглобальные радиоактивные осадки, выпадение которых начинается спустя примерно 10-20 ч. после взрыва на расстояниях около 500-1000 км от места взрыва и может продолжаться в течение 2-4 недель. Радиоактивные частицы, составляющие эти выпадения, легко переносятся ветрами.

Масштабы и степень радиационного загрязнения окружающей среды в результате испытаний ядерного оружия зависят от вида и мощности взрыва.

Образование радионуклидов

При делении тяжёлых ядер урана и плутония образуются сотни различных радионуклидов с разными периодами полураспада. Распределение дочерних продуктов по массовым числам имеет два максимума, находящихся в интервалах 85-105 и 130-150. С высоким выходом образуются радионуклиды цезия-137 и стронция-90. Они имеют относительно большие периоды полураспада (около 30-ти лет) и поэтому представляют особую опасность для здоровья человека. В первые недели после взрыва особое значение имеет йод-131 (период полураспада 8 дней), способный накапливаться в щитовидной железе и тем самым создавать высокие локальные дозы облучения.

Образующиеся при ядерном или термоядерном взрыве нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов, входящих в состав атмосферы, почвы, конструкционных материалов. Так, их взаимодействие с ядрами атмосферного азота приводит к образованию радиоактивного углерода 14C.

В атмосфере природным путём углерод 14C образуется под действием космического излучения в количестве 3.4*1026 атомов в год. Взрыв ядерного боеприпаса мощностью 1 Мт приводит к образованию 3.2*1026 атомов 14C. Ожидаемая доза облучения населения Земли за счёт 14C вследствие ядерных испытаний в атмосфере будет формироваться в течение тысяч лет и, по оценкам, составит около 70% суммарного вклада от всех радионуклидов.

Йод

Среди известных 26-ти изотопов йода стабильным является только природный 127I. Стабильный 127I относится к числу наиболее важных биоэлементов. Он входит в состав синтезируемых щитовидной железой гормонов. Остальные изотопы йода, с массовыми числами 115-126 и 128-141 радиоактивны. Периоды полураспада большинства из них колеблются от нескольких минут до нескольких недель. 131-135I составляют значительную часть активности молодых продуктов ядерного деления. Эти изотопы при испытаниях ядерного оружия выпадают в основном в ближних зонах. В глобальных выпадениях йод практически отсутствует, т.к. распадается до выпадения на земную поверхность.

В организм человеку йод может поступать через органы дыхания, с пищей и водой, через кожные покровы, раны и ожоговые поверхности. Основное значение имеют два первых пути. Главным источником поступления йода населению в зонах радионуклидного загрязнения были местные продукты питания растительного и животного происхождения. В первую очередь это молоко, свежие молочные продукты и листовые овощи, имеющие поверхностное загрязнение.

Опасность для здоровья усугубляется в районах, характеризующихся нехваткой природного йода.

Цезий

Из 23-х изотопов цезия 22 – радиоактивные с массовыми числами 123-132 и 134-144. Наибольшее значение из радиоизотопов цезия имеет 137Cs. Его период полураспада – T1/2 = 30 лет. Радиоактивные выпадения радиоизотопов цезия на сушу при испытаниях ядерного оружия и выбросы ядерных предприятий к настоящему времени явились наиболее значимым источником загрязнения внешней среды и радиационного воздействия на человека.

Носителями активности при ядерных взрывах являются аэрозоли, образующиеся в результате конденсации радиоактивных и нерадиоактивных продуктов взрыва. Атмосфера представляет собой первичный резервуар, откуда радионуклиды поступают на земную поверхность. Процесс выпадения ускоряют атмосферные осадки и агрегация частиц с образованием более крупных. Период полуочищения стратосферы примерно равен одному году.

В организм человека нуклид может поступать в основном через органы дыхания в период радиоактивных выпадений и перорально с загрязнёнными продуктами питания и водой.

Поступая в организм, радиоцезий распределяется практически равномерно, что приводит к приблизительно равномерному облучению органов и тканей.

Стронций

Из радиоактивных изотопов стронция наибольший интерес представляют 89Sr (T1/2 = 50.5 сут.) и 90Sr (T1/2 = 29.1 года).

Основным источником загрязнения внешней среды радиоактивным стронцием были испытания ядерного оружия и аварии на предприятиях топливно-ядерного цикла. Атмосфера – первичный резервуар 89Sr и 90Sr, откуда радионуклиды поступают на сушу и в гидросферу. Осаждение определяется гравитацией, адсорбцией на нейтральной пыли, постоянно присутствующей в атмосфере, и атмосферными осадками (дождь, снег). Время пребывания радиоактивных аэрозолей в атмосфере составляет 30-40 суток, в стратосфере – несколько лет.

К населению нуклид в основном поступает с загрязнёнными продуктами. Ингаляционный путь имеет меньшее значение. Почва => растения – начальное звено большинства цепочек переноса радиостронция из внешней среды человеку. В растения радионуклиды могут поступать в результате непосредственного загрязнения наземных их частей в момент выпадения, пылеобразования и поглощения из почвы через корневую систему.

Выводы

Образующиеся при ядерном или термоядерном взрыве нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов, входящих в состав атмосферы, почвы, конструкционных материалов.

Современные уровни радиационных и некоторых химических загрязнителей представляют реальную опасность для хозяйственного использования территории.

При оценке степени влияния ядерных испытаний на здоровье населения, проживающего в районе их проведения, следует учитывать как параметры сложившейся на территориях этих районов радиационной обстановки, так и целый комплекс различного рода факторов, воздействующих на человека.

Л и т е р а т у р а:

Н.П. Романенко, О.П. Коваленко. Авиационная география и Основы экологии. Методические указания по подготовке и оформлению реферативных работ и докладов. –Кировоград: ГЛАУ, 2007. – 36 с.

Интернет ресурсы:

http://hirosima.scepsis.ru/