10.2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В РЕЗУЛЬТАТЕ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ

До аварии на Чернобыльской АЭС основными источниками загрязнения окружающей среды искусственными радионуклидами считались ядерные взрывы, которые проводились начиная с 1945 г.

Ядерные взрывы различаются по типу реакции (деление, синтез), мощности и условиям взрыва (стратосферные, тропосферные,

232

подземные, подводные). Каждый взрыв сопровождается образованием огромного количества радионуклидов: продуктов деления, продуктов активации конструкционных материалов и среды, остатков непрореагировавшего ядерного горючего.

Ядерному взрыву мощностью, эквивалентной 1 кт тринитротолуола, соответствует 1,45 · 10²³ актов деления. При этом образуется порядка 70 осколочных радионуклидов, дающих начало цепочкам радиоактивных превращений в 2 - 6 звеньев. Через час после взрыва присутствует уже более 130 радионуклидов, из которых примерно 30% имеют период полураспада до 1 часа, 26% - до 1 суток, 32% - от суток до года и 5% - более года (Коган, Назаров, Фридман, 1976). Суммарная активность осколков пропорциональна мощности взрыва и, так же как состав осколков, мало зависит от типа делящегося материала (²³⁵U, ²³⁹Pu) (табл. 10.1). Состав непрореагировавшего горючего определяется конструкцией устройства. Так, если горючим является ²³⁹Рu, то при взрыве бомбы мощностью 20 кг в окружающую среду его попадает около 3 Ки (Громов, Спицын, 1975).

Таблица 10.1

Начальные активности основных продуктов деления в Ки на 1 кт мощности¹
(Коган, Назаров, Фридман, 1976)

Наведенная активность материалов конструкций взрывного устройства и окружающей среды существенно ниже, чем у осколков деления. В результате активации конструкционных материалов возникают ²²Na, ⁵⁴Mn, ⁵⁷Со, ⁵⁸Со, ⁶⁰Со, ⁵⁹Fe, ⁶⁵Zn, ¹⁸¹W, ¹⁸⁵W, ¹⁸⁷W, ²⁰³Pb и др. При взаимодействии нейтронов с азотом воздуха образуется ¹⁴С, а с почвой - ²⁸Аl, ²⁴Na, ⁵⁶Mo, ⁵⁹Fe и др. При взрывах в океане состав продуктов активации будет отвечать составу морской воды. Концентрацию того или иного продукта активации можно рассчитать по формуле (Громов, Спицын, 1975)

N_i = 

Ф ni σi, a

∑ ni σi, n

где Ф - общее число нейтронов, образующееся при взрыве; n_i - концентрация данного элемента в облучаемом объеме воды: σ_{i, a} - сечение активационного захвата нейтронов; σ_{i, n} - сечение поглощения нейтронов, не приводящее к образованию радионуклидов. Масштаб загрязнения земной поверхности радиоактивными продуктами ядерного взрыва зависит от его характера. Загрязнение обширных площадей происходит при воздушных ядерных взрывах,

233

а также неглубоких подземных или подводных ядерных взрывах, сопровождающихся выбросом грунта или воды. При подземных ядерных взрывах без выброса грунта основная часть радионуклидов не выходит на поверхность. Лишь изотопы криптона и ксенона диффундируют по трещинам и попадают в атмосферу. Возможно также заражение подземных вод.

Атмосферные взрывы сопровождаются возникновением огненного шара, образованного испарившимся веществом. Шар поднимается вверх за счет расширения и плавучести.

По мере охлаждения шара начинается конденсация радиоактивных газов с образованием частиц, а затем их коагуляции. Первыми, через несколько секунд после взрыва, конденсируются оксиды наиболее тугоплавких металлов (Al, Fe, Mg и др.), образующие частицы от 0,4 до 4,0 мкм. После отделения тугоплавких соединений начинается конденсация легкоплавкого остатка, содержащего сравнительно легколетучие радионуклиды и радионуклиды, имеющие легколетучих предшественников. Эта часть радиоактивного облака формирует более мелкую фракцию аэрозолей (< 0,4 мкм). Собственное гравитационное осаждение субмикронных частиц аэрозолей мало. Их перенос связан с перемещением воздушных масс и коагуляцией на естественных атмосферных аэрозолях.

При взрывах вблизи земной поверхности в состав радиоактивного облака помимо испарившихся частичек грунта попадает большое количество оплавленных минеральных частиц размером от долей микрона до нескольких миллиметров, поверхность которых содержит радионуклиды. Большая часть (до 80%) активности в этом случае выносится крупными частицами. В результате формируются участки локального загрязнения с очень высоким уровнем радиации.

Все радионуклиды, образующиеся при ядерных взрывах, составляют радиоактивные выпадения. Различают локальные, тропосферные и стратосферные выпадения. В состав локальных выпадений входят частицы диаметром более 10 мкм. Время их пребывания в атмосфере не превышает нескольких суток, обычно составляя несколько часов. Локальные выпадения ограничены сравнительно узким шлейфом радиоактивного облака. Протяженность шлейфа составляет сотни, иногда тысячи километров. Тропосферные выпадения состоят из более мелких аэрозолей (от 1 до 10 мкм), которые не смогли пройти через тропопаузу. Их средний период полувыведения около 30 суток. За это время они успевают несколько раз обогнуть земной шар. В составе тропосферных выпадений находятся главным образом радионуклиды с периодами полураспада не менее нескольких дней (¹³¹I, ¹⁴⁰Ba, ⁸⁹Sr и др.). "Размазывание" выпадений по широте порядка 15 - 20°.

234

Стратосферные выпадения образуются частицами менее 1 мкм. После перемещения в стратосферу радионуклиды быстро рассеиваются по всему полушарию. Период полувыведения большинства их из стратосферы составляет несколько лет. Газообразные радионуклиды задерживаются в атмосфере более длительное время. Стратосферный резервуар является своеобразным "депо" для радионуклидов микронного и субмикронного размера.

Переход радионуклидов из стратосферы в тропосферу скорее всего происходит через субтропический разрыв тропопаузы за счет горизонтальных перемещений и достигает максимума в конце зимы. Интенсивность весенних глобальных выпадений радионуклидов в несколько раз превышает среднегодовой уровень. Стратосферные выпадения являются источником загрязнения наиболее долгоживущими радионуклидами (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴C, ³Н и др.). Стратосферные выпадения нередко называют глобальными выпадениями. На земную поверхность радиоактивные выпадения поступают из тропосферы в результате образования капель в тучах, за счет вымывания падающими дождевыми каплями, за счет сухого осаждения, что особенно важно для засушливых районов.

235