Радиоактивное загрязнение в результате испытаний ядерного оружия

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСПЫТАНИЙ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ

Радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате испытаний ядерного оружия — один из ярких примеров глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате деятельности человека. В то же время, широкомасштабные исследования миграции радионуклидов, выброшенных в результате испытаний в атмосферу, их выпадений на Землю во многом позволили понять и изучить фундаментальные атмосферные процессы глобального масштаба, происходящие в биосфере, используя радиоактивные метки, как трассеры.

ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ В АТМОСФЕРЕ

Максимумы испытаний, произведенных в атмосфере разными странами приходятся на два периода: 1954-1958 гг., когда испытания проводили Великобритания, США и СССР, и 1961-1962 гг., когда их в основном проводили США и СССР. Ядерные испытания в атмосфере после 1962 г. осуществлялись лишь Францией и Китаем, и следует отметить, что только около 10% общего количества продуктов деления обусловлено взрывами, произведенными после 1963 г.

Важным аспектом при анализе радиоактивного загрязнения является соотношение между ядерной и термоядерной составляющей взрывов.

Обычно считается, что испытания зарядов мощностью менее 0,1 Мт относятся к ядерным, от 0,5 до 5 Мт имеется 50% -е соотношение, в испытаниях от 6 до 25 Мт 33% приходится на ядерную составляющую, остальное — на термоядерную, а при самом мощном взрыве в 50 Мт в 1961 г. в СССР на долю ядерной составляющей приходилось лишь 3%.

Ядерные испытания проводились на разных высотах относительно поверхности Земли. В зависимости от этого радионуклидное загрязнение носило локальный, региональный или глобальный характер. При наземных испытаниях примерно 50% активности можно отнести к локальному и региональному загрязнению, а при высотных испытаниях  вся активность попадала в верхние слои атмосферы.

В табл. 1 приведены мощности взрывов, приходящиеся на каждую из составляющих.

В табл. 1 приведено распределение мощности ядерных взрывов по поступлению ее в различные области атмосферы. Из этих данных видно, что основная доля активности при ядерных испытаниях попадала в стратосферу, что вело к глобальному загрязнению.

Попавшие в зависимости от условий и места испытаний в различные области атмосферы радионуклиды вовлекались в глобальные атмосферные процессы. Для оценки процессов миграции нуклидов в атмосфере она разделялась на отдельные области по широте и высоте. По широте выделялись две области: полярная и экваториальная, разделенные 30° широты; верхняя граница тропосферы принималась 9 км в полярных областях и 17 км в экваториальных; верхняя граница нижней стратосферы простиралась соответственно до 17 и 24 км, а верхняя граница стратосферы принималась 50 км независимо от широты.

Тропосферные загрязнения состоят из мелких аэрозолей и их среднее время пребывания в тропосфере оценивается до 30 суток. Слабо перемешиваясь, они движутся по траекториям, определяемым направлением ветра, и для облучения биоты является важным присутствие в них радионуклидов с небольшими периодами полураспада — таких как ¹³¹I (T_1/2 = 8,04 сут), ¹⁴⁰Ва (Т_1/2 = 12,8 сут) и ⁸⁹Sr (T_1/2 = 50,5 сут).

ГЛОБАЛЬНОЕ РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Радионуклиды, попавшие в верхние слои стратосферы (к таким относится основная масса), подвергаются глобальному перемешиванию и обусловливают основную часть глобального загрязнения окружающей среды долгоживущими продуктами деления и синтеза.

Аэрозоли в самых верхних слоях атмосферы опускаются за счет гравитационного осаждения в нижележащие слои и вовлекаются в нерегулярные потоки воздушных масс, направленные в основном к поверхности Земли. В тропосфере они попадают в круговые потоки, которые в зависимости от сезона увеличивают или уменьшают размеры облака, приводя к интенсивному перемешиванию. Среднее время перехода аэрозолей из верхних слоев атмосферы в стратосферу оценивается в 2 года, из верхней стратосферы в нижележащие ее слои — в 6-9 месяцев, а миграция из нижней стратосферы в тропосферу колеблется от 3 до 12 месяцев в полярных областях и от 8 до 36 месяцев в экваториальных областях. В итоге суммарное пребывание радиоактивных аэрозолей в атмосфере Земли составляет от 3 до 5 лет. За это время все короткоживущие радионуклиды успевают распасться, и на биоту у поверхности земли и в почве оказывают воздействие лишь долгоживущие радионуклиды, основными из которых являются ³H, ¹⁴C,¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, трансурановые элементы.

Рассмотренные процессы миграции радионуклидов реализованы в виде моделей глобального переноса радионуклидов в атмосфере и для каждого испытания на их основе рассчитаны концентрации радионуклидов в приземном воздухе.

Результаты расчетов годовых эффективных доз при различных способах воздействия на человека: доза внешнего облучения во время активной стадии проведения испытаний определялась короткоживущим ⁹⁵Zr и его продуктом распада ⁹⁵Nb. Небольшой вклад давали ¹⁴⁴Се, ⁵⁴Мn, ¹⁰⁶Ru; начиная с 1966 г., доза практически полностью определяется отложившимся на почву ¹³⁷Cs.

В период проведения испытаний основной вклад в дозу внутреннего облучения от радионуклидов, поступающих в организм с пищевым рационом, давал ¹³⁷Cs. Начиная с 1970 г., из-за более длительного удержания в организме на первое место выходит ⁹⁰Sr, который и в настоящее время определяет эту компоненту. Вклад короткоживущих радионуклидов незначителен.

Ингаляционное поступление пропорционально концентрации радионуклидов в приземной атмосфере, которая формируется за счет вторичного ветрового подъема и пропорциональна плотности выпадений.