Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

Проникающая способность гамма-лучей характеризуется толщиной слоя материала, при прохождении через который интенсивность излучения уменьшается вдвое. Для различных материалов величина этого слоя будет неодинаковой. Например, железо толщиной около 35–40 сантиметров ослабляет гамма-излучение в десятки тысяч раз, слой грунта такой же толщины — почти в 10 раз, а дерева — только в 2,5 раза. Таким образом, очевидно, что чем выше плотность материала, тем больше он ослабляет интенсивность гамма-излучения.

Каковы же источники гамма-излучения? В момент осуществления ядерной реакции в атомной бомбе ядра урана (плутония) при поглощении (захвате) нейтронов делятся, испуская при этом от 2 до 8 гамма-квантов с энергией в среднем 2–3 миллиона электроновольт. Захватывая нейтрон, ядро может и не разделиться. Однако и в этом случае оно также испускает несколько гамма-квантов (такой процесс получил название радиационного захвата нейтронов). Кроме того, в результате радиационного захвата нейтронов элементами, входящими в состав материалов корпуса и частей бомбы, происходит дополнительное гамма-излучение.

В процессе радиоактивного распада гамма-кванты излучаются «осколками» деления. При этом значительная часть гамма-лучей испускается в первые несколько минут после взрыва. Изотопы, образующиеся при радиационном захвате нейтронов, чаще всего радиоактивны, т. е. испускают бета-частицы и гамма-кванты и таким образом усиливают гамма-излучение.

С течением времени интенсивность гамма-излучения резко снижается. Это объясняется естественным радиоактивным распадом продуктов взрыва и быстрым подъемом облака радиоактивных газов. Скорость движения облака вверх очень велика. Например, через 48 секунд после взрыва бомбы среднего калибра она составляет около 90 м/сек. Вследствие указанных причин интенсивность гамма-излучения, достигшего поверхности земли, через несколько десятков секунд становится ничтожной.

Падение интенсивности излучения с увеличением расстояния от эпицентра взрыва происходит по двум причинам: излучение ослабляется толщами воздуха и распределяется по большой поверхности. Для удобства оценки поражающего действия гамма-излучения принята определенная доза, называемая рентгеном. Доза гамма-излучения в 400–600 рентгенов опасна для жизни человека. Такую дозу не защищенные укрытием люди могут получить на расстоянии 1000–1100 метров от эпицентра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн.

Из всех частиц, испускаемых ядрами атомов, наибольшей проникающей способностью обладают нейтроны. Это объясняется тем, что они не имеют электрического заряда, а потому не испытывают воздействия со стороны электрических сил атомов среды, как, например, альфа- и бета-частицы. Нейтроны взаимодействуют только с атомными ядрами (диаметры которых примерно в 10 000 раз меньше диаметров самих атомов), теряя при этом свою энергию.

Нейтронное излучение обычно характеризуют потоком нейтронов, т. е. тем количеством нейтронов, которое проходит через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения излучения (за все время облучения). Основным источником нейтронного излучения являются ядра атомов, делящиеся в процессе цепной реакции. При взрыве атомной бомбы в момент деления ядер урана (плутония) освобождается от 2 до 3 нейтронов на каждое разделившееся ядро. Часть из образующихся нейтронов идет на развитие реакции деления, а остальные вылетают за пределы оболочки бомбы и входят в состав проникающей радиации.

Вторым источником нейтронов при атомном взрыве являются некоторые элементы «осколков» деления, которые испускают их вслед за своим радиоактивным распадом. Периоды полураспада таких элементов составляют примерно от 0,5 секунды до 1 минуты, а потому эти нейтроны испускаются несколько позже момента взрыва. Число их не превышает одного процента от общего количества нейтронов, образующихся при взрыве.

Поток нейтронов, возникший при воздушном взрыве, прежде чем достигнуть поверхности земли, должен пройти значительные толщи воздуха. Проходя через воздушную среду, нейтроны взаимодействуют с ней. Основными процессами этого взаимодействия являются радиационный захват и рассеяние нейтронов. В результате рассеяния при соударениях нейтроны постепенно теряют почти всю свою энергию, а при радиационном захвате образуются ядра более тяжелых изотопов. Эти процессы приводят к испусканию гамма-лучей и образованию быстро движущихся атомов, ионизирующих среду.

Нейтроны, образующиеся при атомном взрыве, распространяются с большей скоростью. Так, нейтрон с энергией в 1 электроновольт имеет скорость приблизительно 12,6 км/сек. и может достигнуть поверхности земли через десятые доли секунды. Поражающее действие нейтронного потока на незащищенных людей при взрыве в воздухе атомной бомбы (с тротиловым эквивалентом в 20 000 тонн) будет распространяться примерно в радиусе 700–800 метров от эпицентра взрыва.

Нейтроны способны проникать через металлы. Например, при воздушном взрыве у атолла Бикини нейтроны проникли через стальные переборки кораблей, оставшихся на плаву после взрыва, и вызвали радиоактивность столовой соли и мыла на камбузе.

Дозы проникающей радиации на тех расстояниях, на которых корабль может получить незначительные повреждения, как правило, не представляют практической опасности даже для личного состава открытых боевых постов. Это тем более относится к людям, находящимся во внутренних помещениях, где гамма-излучение и нейтронный поток значительно ослабляются корпусом и механизмами, а в отсеках ниже ватерлинии — и забортной водой.

При подводном атомном взрыве на небольшой глубине радиоактивные продукты взрыва оказываются перемешанными с огромными массами воды, выбрасываемой в виде столба на высоту до одного–трех километров. Через несколько секунд водяной столб начинает оседать. При этом у его основания из мелких капель и брызг образуется так называемая базисная волна, которая представляет собой плотное облако радиоактивного тумана.

Базисная волна распространяется вдоль поверхности моря в течение трех–четырех минут, затем отрывается от нее и превращается в слоисто-кучевые облака, из которых выпадает радиоактивный дождь. Таким образом, базисная волна — мощный источник радиоактивных излучений, способных подвергать сильному облучению объекты, находящиеся на пути ее движения.

Однако в этом случае состав проникающей радиации несколько иной, чем при воздушном взрыве. Нейтроны, образующиеся при подводном взрыве, будут поглощены близлежащими слоями воды, так же как и значительная часть гамма-лучей, возникающих в процессе реакции деления. Поэтому проникающая радиация при подводном взрыве явится следствием радиоактивного распада продуктов деления, которые содержатся в тумане базисной волны и радиоактивном дожде.