Количество экспериментальных ядерных взрывов, произведенных в атмосфере странами, владеющими ядерным оружием

При этих взрывах образовалось большое количество радионуклидов как в результате процессов деления ядра, так и при реакциях синтеза легких ядер. Принято считать, что выход продуктов деления пропорционален мощности взрыва за счет реакции деления, а выход нуклидов - за счет продуктов активации таких, например, ядер, как ³Н и ¹⁴С - пропорционален мощности взрыва за счет реакции синтеза.

При взрывах мощностью 100200 кт вблизи или на поверхности земли радионуклиды разносятся на высоте тропосферы. После вхождения в атмосферу радиоактивные продукты взрывов быстро перемещаются вниз до высоты около 4 км в результате турбулентного перемешивания и конвективного переноса. Поэтому из тропосферы радиоактивные осадки выпадают на земную поверхность самое большее за несколько месяцев. Как правило период полуочищения 2040 дней. При этом самые крупные частицы (более 10 мкм, до нескольких мм) содержатся в составе сухих выпадений, а остальные - преимущественно с дождем или снегом.

При взрывах мощностью 150 мт высота выброса радиоактивного облака достигает 310 км (тропосфера).

При более мощных взрывах радиоактивные продукты выбрасываются в стратосферу, где перемешивание вертикальных слоев воздуха слабое, а осаждение медленное. Радиоактивные аэрозоли микроскопических размеров (~4*10^-5 см) в составе радиоактивного облака остаются в стратосфере от нескольких месяцев до нескольких лет, а ветры переносят это облако над всей Землей (стратосферный перенос). До 2/3 общего количества осадков - стратосферные осадки, с которыми на земную поверхность поступают ИРН ядерных взрывов.

Сезонные изменения в переносе масс воздуха из стратосферы в тропосферу (обмен стратосфера - тропосфера) определяют и сезонные изменения в выпадениях радионуклидов на земную поверхность. Внутри тропосферы смешивание (см. выше) происходит главным образом благодаря турбулентной диффузии и конвекции. Снижение радиоактивного облака в тропосфере до высоты 4 км приводит к значительному увеличению концентрации радионуклидов в приземном слое воздуха, значительным выпадениям. Это направленное вниз движение увеличивается над антициклоническими и уменьшается над циклоническими образованиями (из-за образования соответственно нисходящих и восходящих потоков). Отсюда существенная зависимость плотности радиоактивных выпадений от метеопараметров. Кроме того, скорость очистки тропосферы от радиоактивных аэрозолей и, соответственно, плотность радиоактивных выпадений, зависят от размеров аэрозолей и их физико-химических свойств (в том числе формы химических соединений), растворимости, электрического заряда, характера радиоактивного распада, наличия других аэрозольных частиц в атмосфере (пыли, солей, жидкостей) и характера подстилающей земной поверхности.

Выпадения бывают с осадками и без них (сухие). Выпадения с осадками связанны с захватом радиоактивных аэрозолей при образовании облачных элементов (0,1 мкм) и прохождением дождевых капель от облаков к земной поверхности (5 мкм). Аэрозоли промежуточных размеров (0,15 мкм) удаляются менее эффективно. Они удаляются из атмосферы, вероятно, в процессе турбулентной диффузии, конвекции и столкновений с другими частицами.

Наличие других частиц приводит к увеличению скорости выпадений. Примером может служить наличие солей (NaCl и др.) над морями и океанами.

Сухие выпадения происходят как в дни без осадков, так и в дни с ними. В умеренных широтах с осадками выпадают в ~ 9 раз больше радиоактивных продуктов. В засушливых зонах сухие выпадения становятся преобладающими.

Средняя удельная активность атмосферных осадков при длительных наблюдениях при усреднении большей части их колебаний (за месяц и более) прямо зависит от среднего содержания радиоактивных аэрозолей в нижних слоях тропосферы. Для надежного округления этой корреляции необходимо обобщение данных из различных районов.

Для выпадения на земную поверхность характерны сезонные колебания: весенний максимум в марте - мае (в северном полушарии) и сентябре - ноябре (в южном полушарии). Это связанно с весенней перестройкой высоты тропосферы. Возможны максимумы, связанные с изменением метеорологических параметров и с близостью источников радиоактивности.

Необходимо отметить различное поведение различных радионуклидов в атмосфере и в выпадениях. Это - фракционирование, связанно в первую очередь с особенностями образования и начальной локализацией (места образования после взрыва, размерами и химической формой частиц и др., а также с особенностями выпадений). В качестве примера резкого различия поведения можно привести ³Н и ¹³⁷Сs.

Радиоактивные осадки, образующиеся при ядерных испытаниях, подразделяются на локальные, выпадающие в пределах до 100 км от места взрыва, тропосферные и стратосферные. Тропосферные осадки выпадают на поверхность Земли на расстояниях многих сотен и тысяч километров от места взрыва. Среднее время пребывания тропосферных осадков в атмосфере составляет около 30 суток. Стратосферные выпадения включают, как правило, основную часть продуктов деления и обуславливают большую часть глобального радиоактивного загрязнения внешней среды продуктами деления.

Радиоактивные вещества, образующиеся при испытательных ядерных взрывах, создают радиационное воздействие - внутреннее облучение (от вдыхания радиоактивных веществ, содержащихся в приземных слоях атмосферы, и употребления в пищу продуктов питания и питьевой воды, загрязненных радионуклидами) и внешнее облучение (от радиоактивных веществ, присутствующих в приземном слое воздуха или выпавших на поверхность земли).

В испытаниях 1954 - 1962 гг. в атмосферу поступило 2,4*10²⁰ Бк ³Н, 2,2*10¹⁷ Бк ¹⁴С (до начала испытаний в атмосфере ежегодно образовывалось 3,7*10¹⁶ Бк ³Н и 10¹⁵ Бк ¹⁴С космогенного происхождения) и 17,1*10¹⁸ Бк других долгоживущих ИРН (в северном полушарии 13,1*10¹⁸ Бк, в южном полушарии 4,1*10¹⁸Бк). В составе этих выбросов были ⁸⁹Sr - 2.5 %; ⁹⁰Sr - 3,5 %; ⁹⁵Zr - 5,1 %; ¹⁰³Ru - 5,2 %; ¹⁰⁶Ru - 2,44 %; ¹³¹S - 2,9 %; ¹³⁴Cs - 0,036 %; ¹³⁷Cs - 5,57 %; ¹⁴⁰Ba - 5,18 %; ¹⁴¹Ce - 4,58%; ¹⁴⁴Ce - 4,69 %.

За все время проведения ядерных взрывов (до 1990 г.) на земную поверхность выпало 5,99*10¹⁷ Бк ⁹⁰Sr (из выброшенных в атмосферу 6,04*10¹⁷Бк), 9,6*10¹⁷ Бк ¹³⁷Cs ( из выброшенных - 9,64*10¹⁷ Бк). На 1982 г. в стратосфере еще циркулировало около 1,8*10¹⁵ Бк ⁹⁰Sr и 3,2*10¹⁵ Бк ¹³⁷Cs. Большая часть выпадений (~75 %) приходится на северное полушарие.

Кроме того, при ядерных взрывах образовалось значительное количество трансурановых элементов. По данным НКДАГ ООН (1982 г.) плотности выпадений (Бк/м²) и интегральной концентрации в атмосфере (мкБк/м³*год) ТУЭ следующие:

Таблица 17

Средние уровни глобального загрязнения составили к концу 60-х гг. по ⁹⁰Sr 0,045 Ки/км², по ¹³⁷Cs - 0,080 Ки/км² и по радионуклидам плутония 0,005 Ки/км².

Бульшая часть дозы облучения населения земного шара от радионуклидов ⁹⁵Zr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, образовавшихся в результате всех проведенных по 1980 г. испытаний, уже сформирована. Значительная часть дозы ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs сформирована к 2000 г.

Рассмотрим результаты многолетнего контроля за радиоактивными выпадениями продуктов ядерных взрывов в атмосфере.

Падение радиоактивности со временем можно описать эмпирическим уравнением вида:

,

где а - константа, t- время, которое следует отсчитывать, начиная с даты соответствующего ядерного испытания, n- константа, равная 1,64. После прекращения ядерных испытаний, каждый год измерялся уровень загрязнения земной поверхности. Данные таблицы показывают, как со временем изменялась радиоактивность в 1958-59 гг.

Таблица 18

Результаты систематических измерений плотности загрязнения земной поверхности.

Рост содержания в атмосфере Земли одного из основных продуктов ядерных взрывов ⁹⁰Sr в период их проведения иллюстрирует следующая таблица 19:

Таблица 19

Основными процессами переноса ⁹⁰Sr из стратосферы по данным 1960-1961 гг. являются: вертикальное перемешивание - 0,24 МКи, вертикальное движение и осаждение - 0,20 МКи и горизонтальное движение через разрывы тропосферы - 0,24 МКи. Среднее время пребывания долгоживущих продуктов деления в стратосфере Земли по данным для ⁹⁰Sr 19591961 гг. - 1,82,5 года, причем скорость переноса ⁹⁰Sr из стратосферы в тропосферу почти в 2 раза больше в северном полушарии (_ср.=1,8 года), чем в южном (_ср.=2,8 года). Для сравнения - среднее время пребывания ⁷Ве в стратосфере оценивается в пределах 0,251,7 года.

Кроме долгоживущих радионуклидов в атмосферу Земли при ядерных взрывах выбрасывались короткоживущие радионуклиды. В выпадениях на земную поверхность их средняя активность МКи/км² и доля в выпадениях относительно выпадений ⁹⁰Sr приведены ниже:

Таблица 20

Изменение содержания радионуклидов в атмосфере в период официального запрета ядерных испытаний видны из таблицы 21.

Таблица 21

Содержание радионуклидов в атмосфере 1962-1966 гг.

Рассмотрим поведение трития и цезия в атмосфере более подробно, как пример различного поведения ИРН - продуктов ядерных взрывов (упомянутый выше эффект фракционирования).

Тритий, (³Н) и цезий (¹³⁷Cs) относятся к числу тех радионуклидов, которые остаются в атмосфере после ранее проведенных ядерных взрывов. Поведение трития, образующегося при термоядерных взрывах, отличается от поведения других продуктов деления. В процессе остывания огненного шара, возникшего после взрыва, раньше всего начинают конденсироваться пары тугоплавких химических элементов с наибольшей температурой кипения, поэтому образующиеся аэрозольные частицы обогащены этими радионуклидами и обеднены легкоплавкими. Температура конденсации паров трития наиболее низкая, поэтому он успевает подняться с потоками горячего воздуха на большую высоту. Пары начинают конденсироваться на низкотемпературной периферии радиоактивного облака, в частности, на его вершине в стратосфере, где скорость подъема со временем становится равной нулю.

Понятно, что различия в поведении трития и цезия в атмосфере обусловлены разным фракционированием в процессе подъема огненного шара, образующегося при термоядерном взрыве, в стратосферу на разную высоту (что приводит к разнице в периоде полувыведения их из атмосферы) бульшим влиянием атмосферных осадков на выпадение трития по сравнению с цезием, существенным преобладанием вторичного поступления в атмосферу трития в результате испарения влаги с земной поверхности по сравнению с вторичным ветровым подъемом пыли с поверхности почвы вследствие ее глобального загрязнения ¹³⁷Cs. Эффективная скорость осаждения трития из атмосферы на землю в 1995 - 1997 г. примерно в 10 раз меньше, чем ¹³⁷Cs.

Частицы радиоактивных выпадений от ядерных взрывов образуются в результате плавления вовлеченных в огненный шар частиц гранита при наземных взрывах, либо в результате концентрации с последующей коагуляцией испарившегося бомбового вещества при воздушных взрывах.

При подземных ядерных взрывах с выбросом грунта одним из возможных механизмов образования частиц является дробление расплавленной породы, прилегающей к котловой полости и частично выбрасываемой в атмосферу.

Радиоактивные продукты взрыва концентрируются на поверхности частиц (или расплавленной породы) в соответствии с давлением насыщенных паров; при этом пироплавкие элементы (или их окислы) распространяются по объему частиц, а легколетучие или изотопы, имеющие летучих предшественников, - в тонком поверхностном слое, что приводит к фракционированию изотопов. Если учесть при этом различные скорости падения частиц, то легко понять, что изотопный состав выпадений на разных расстояниях от места взрыва различен. Частицы при подземных взрывах, а также горячие частицы при воздушных взрывах, имеют, как правило, шарообразную или каплевидную форму, то есть такие частицы проходят стадию жидкой капли.

Если известен материал, из которого состоят частицы, можно точно определить температуру затвердевания частиц. Зная также температурный режим в огненном шаре, ядерные и теплофизические характеристики различных изотопов (или их окислов) и сделав ряд упрощающих предположений (наличие термодинамического равновесия в процессе формирования частиц, постоянство объемной и поверхностной концентраций изотопов в частицах различного размера и др.), можно строить схему фракционирования изотопов в частицах радиоактивных выпадений. Однако указанные предположения очень трудно проверить на частицах ядерных взрывов. Трудно также сделать прогноз поведения изотопов, занимающих промежуточное положение между тугоплавкими и летучими, таких как: Tc, Ru, Sn, Sb, Te.

Рассмотрим дальнейшие процессы, происходящие с радионуклидами, образующимися в результате ядерных взрывов.

Радионуклиды, образующиеся в результате ядерных взрывов, выбрасываются с частицами различного состава на определенную высоту, начиная с атмосферы и кончая тропосферой. Если радионуклиды, попадающие с частицами достаточно большой массы в атмосферу, распространяются на относительно небольшие площади земной поверхности с радиусами примерно сотни километров, то аэрозоли и чрезвычайно мелкие частицы, выбрасываемые в тропосферу, под действием воздушных потоков вносят основной вклад в глобальное загрязнение окружающей среды. Время пребывания радионуклидов в тропосфере достигает 30 часов. Третья группа частиц, несущих радионуклиды, попадает в стратосферу, где распространяется достаточно гомогенно, частично препятствуя осаждению частиц из тропосферы. При перемешивании воздушных потоков в стратосфере радионуклиды переносятся из одного полушария в другое. Время пребывания частиц в стратосфере достигает почти двух лет.

Рассмотренные группы частиц, несущих радионуклиды, определяют характер их выпадения на поверхность Земли. Он определяется видом местных радиоактивных загрязнений в зоне ядерного взрыва, радиоактивных отложений на больших расстояниях от места взрыва в виде долгоживущих радионуклидов ¹³¹I, ¹⁴⁰Ba, ⁸⁹Sr, а также глобальных загрязнений, отличающихся определенной неравномерностью и обусловленных долгоживущими радионуклидами. Из них наиболее важную роль играют ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, а также ³H, ⁸⁵K, ¹⁴C и изотопы плутония. При выпадении на поверхность земли и загрязнении ее экологических систем происходит перенос и взаимодействие радионуклидов с окружающей средой, что может нанести ущерб здоровью человека.

Таким образом, тритий естественного происхождения образуется в атмосфере и появляется на поверхности Земли в виде радиоактивной составляющей дождевой воды с концентрацией порядка нескольких тритиевых единиц. В связи с термоядерными испытаниями уровень трития в атмосферных осадках, а следовательно, в поверхностных водах и других источниках возрастает (это можно видеть из Таблицы). Количество трития, выпавшего в определенном месте земной поверхности, зависит от расстояния до места взрыва, удаленности от значительных масс океанской воды, географического положения, метеорологических условий и др. факторов.

Силой взрыва продукты реакции выносятся в верхние слои атмосферы, образуя своеобразный резервуар трития. Этот резервуар может сохраняться продолжительное время, вызывая загрязнение атмосферы вблизи земной поверхности. Так, в течение 1963 г. было зарегистрировано очень высокое содержание трития в атмосферных осадках, хотя испытания были прекращены летом 1962 г.

После последнего взрыва, проведенного 16 октября 1980 г. в КНР, в ноябре и декабре 1980 г. в приземной атмосфере были зарегистрированы короткоживущие ¹⁴¹Ce, ⁹⁵Zr и рост концентрации долгоживущих ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce в воздухе. Высокая концентрация трития в осадках появилась только на следующий год после весенней перестройки высоты тропопаузы, когда ледяные кристаллы, содержащие тритий, опустились из стратосферы до уровня дождевых облаков.

До начала проведения ядерных взрывов в атмосфере концентрация трития космогенного происхождения в атмосферных осадках составляла 0,30,06 Бк/л воды. После термоядерных взрывов концентрация в осадках превышала это значение в десятки - сотни раз.

Систематические наблюдения за концентрацией ИРН в атмосферных осадках на глобальной сети станций Всемирного метеорологического общества проводятся с 1961 г. На территории СССР эти наблюдения на сети станций Гидрометеослужбы начались с июля 1969 г. На Рис.7 видно как изменяется со временем концентрация трития в осадках.

Рис. 7.

Кроме того, в 1960 г. в морских глубинах был обнаружен ³²Si - радиоактивный изотоп, постепенно образующийся в атмосфере при взаимодействии космического излучения с аргоном. Из таблицы 21 видно, что в 1961-62 гг., в атмосфере наблюдалась повышенная концентрация ³²Si , возможно связанная с предшествующими ядерными испытаниями.

Радиологические последствия испытаний ядерного оружия в атмосфере следует рассматривать как в пространстве, так и во времени. Что касается распределения радиоактивных загрязнений в пространстве, то здесь определяющую роль сыграли два фактора - расположение испытательных полигонов и перемешивание воздушных потоков в стратосфере, которое повлияло на неравномерность осаждения радиоактивных частиц на земную поверхность. Эволюция уровней радиоактивных загрязнений, вызванных испытаниями ядерного оружия в атмосфере, во времени была прослежена на примере содержания ⁹⁰Sr в молоке на о. Таити и в Новой Зеландии, а также более детальных исследований на территории СССР (см. ниже).

Индивидуальная эквивалентная доза облучения вследствие проведения испытаний ядерного оружия в атмосфере составила 4,5 мЗв в СССР, а в среднем по земному шару --3,8 мЗв, причем основной вклад (2,6 мЗв) в указанные дозовые нагрузки вносит ¹⁴С, обладающий очень большим периодом полураспада. Однако в пересчете на среднюю продолжительность жизни человека вклад ¹⁴С составит всего 10%. Коллективная доза облучения населения Земли в результате таких испытаний - 5*10⁶ Зв*чел. без учета ¹⁴С. Коллективная доза облучения, определяемая этим радионуклидом, составляет 2,6*10⁷ Зв*чел. Для сравнения следует сказать, что для достижения таких уровней дозовых нагрузок на население Земли вследствие естественной природной радиоактивности требуется от 0,5 до 2 лет соответственно. На основе наиболее консервативной оценки увеличение среднегодовой эффективной дозы облучения, обусловленное ядерными взрывами в атмосфере, составляет 0,01 мЗв. В то же время уровень естественного природного радиоактивного облучения в 1990 г. не превысил 0,006 мЗв.

Как уже было сказано выше, основной вклад в содержание ИРН в атмосфере вносят ядерные взрывы 1945-1980 гг., причем наибольшую роль из них играют последние по времени испытания ядерного оружия в КНР.

Рассмотрим вклад испытаний ядерного оружия в КНР на Синь-Цзянском полигоне вблизи озера Лобнор в радиоактивное загрязнение объектов природной среды на территории бывшего СССР после заключения в 1963 г. Московского договора о прекращении испытаний.

Всего высотных взрывов (на высоте ~ 1 км) в КНР с 16.10.1964 по 16.10.1980 г. было проведено 22 (в том числе один на высоте ~ 14 км). В основном продукты этих взрывов были заброшены на высоты от 3 до 9 км.

После прекращения ядерных взрывов в атмосфере северного полушария в 1963 г. радиоактивность приземного воздуха в СССР почти полностью была обусловлена продолжавшимся поступлением радиоактивных продуктов из стратосферы, куда они были заброшены при проведении ядерных взрывов до 1963 г. . Радиоактивное загрязнение атмосферы над территорией страны в начале 1964 г., т.е. до начала атмосферных ядерных взрывов в КНР, характеризовалось следующими данными.

Концентрация суммы -активных продуктов в нижнем слое атмосферы колебалась в разные месяцы в пределах (296445)*10^-5 Бк/м³. Суммарная -активность атмосферных выпадений в среднем по стране составляла от 7 до 15 Бк/м²сут. Из долгоживущих радионуклидов техногенного происхождения в атмосфере присутствовали: ¹³⁷ Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁴Ce, ⁵⁴Mn, ¹⁰⁶Ru, и ¹²⁵Sb.

Таблица 22

Содержание радиоактивных продуктов ядерных взрывов в атмосфере над территорией бывшего СССР в январе-сентябре 1964 г.

Начиная с октября 1964 г. испытания ядерного оружия в атмосфере начались в КНР. В эти же годы ядерные взрывы проводились также Францией на атолле Муруроа в Тихом океане. Вследствие слабого обмена между воздушными бассейнами южного и северного полушарий вкладом этих взрывов в радиоактивное загрязнение территории СССР можно пренебречь.

Первые взрывы, проведенные в КНР 16.10.64 г. и 14.05.65 г., были малой мощности (20-50 кт), радиоактивные продукты этих взрывов не достигали стратосферы, оставаясь в нижней тропосфере, и вызывали лишь сравнительно кратковременное загрязнение приземного воздуха над той частью территории СССР, где проходили радиоактивные облака. Максимальные выпадения и концентрация в воздухе -активных радионуклидов в некоторых населенных пунктах приводятся в Таблице № 10.

Таблица 23

Максимальные выпадения и концентрация в атмосфере суммы -активных радионуклидов после ядерного взрыва в КНР, проведенного 16. 10.64 г.

В 1966 г. мощность ядерных взрывов в КНР была больше (до 200 - 300 кт), но радиоактивные продукты в основном оставались в тропосфере, откуда сравнительно быстро выводились. Вклад концентрации долгоживущих элементов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в среднегодовые уровни радиоактивного загрязнения воздушного бассейна при усреднении по всей территории бывшего СССР был пренебрежимо мал на фоне стратосферных поступлений этих изотопов от мощных серий испытаний, проводившихся до 1963 г.

Однако 17 июня 1967 г. в КНР был проведен первый мощный атмосферный взрыв (3,3 Мт), продукты которого были зарегистрированы в Арктике, а на следующий год обусловили рост концентрации радионуклидов в атмосфере Амдермы, Нарьян - Мара или стойкое ее повышение, которое наблюдалось и в последующие годы на мысе Желания и Диксоне. В дальнейшем все проведенные в КНР мощные взрывы в атмосфере сопровождались на следующий год ростом концентрации ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в воздухе Арктики. Исключение составляет ядерный взрыв мощностью порядка 4 Мт, проведенный 17 ноября 1976 г., продукты которого сформировали в Арктике пики концентрации радионуклидов на Крайнем Севере в 1978 г. Это связано с особенностями выведения радиоактивных продуктов этого взрыва из стратосферы.

Таким образом, широкомасштабное загрязнение воздуха продуктами китайских ядерных взрывов началось только с 1968 г., после чего мощные ядерные взрывы проводились в КНР почти ежегодно до последнего взрыва 16.10.1980. г., последствия которого прослеживались до аварии на Чернобыльской АЭС, т. е. до апреля 1986 г.

Радиоактивные продукты этого последнего взрыва в атмосфере в основной массе были заброшены в стратосферу . Наибольшая их часть задержалась в тропосфере и распространялась на запад, где и была зарегистрирована на территории Киргизии и Узбекистана. Но основной перенос осуществлялся на восток. На территории бывшего СССР повышенные уровни суммарной -активности атмосферных аэрозолей были зарегистрированы уже через несколько дней во Владивостоке - до 300*10^-5 Бк/м³. В дальнейшем , обогнув земной шар, радиоактивные продукты взрыва появились у западных границ и прошли по югу страны. В последних числах октября и начала ноября 1980 г. повышение радиоактивности приземного воздуха отмечалось в Закавказье и Средней Азии. Наиболее высокая приземная концентрация наблюдалась в середине и в конце ноября в Ашхабаде и Ташкенте и достигала 600*10^-5 Бк/м³. Максимальные выпадения суммарной -активности были зарегистрированы в ноябре: в первой декаде - в Ростове-на-Дону (16 Бк/м²сут), во второй декаде - во Фрунзе (23 Бк/м²сут), в конце ноября - в Хабаровске (19 Бк/м²сут). На остальной части территории СССР заметного повышения суммарной -активности аэрозолей и выпадений не наблюдалось, однако почти во всех пробах, отобранных в конце октября - ноябре, присутствовали “свежие” осколки деления продуктов взрыва: ⁸⁹Sr, ⁹¹Y, ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁰³Ru, ¹³¹I, ¹⁴⁰Ba, а также ²³⁷U.

Ниже на рис.8 приведена общая временная зависимость изменения (средневзвешенная по территории СССР) среднегодовой концентрации долгоживущих ¹³⁷Cs (период полураспада Т=30,174 года) и ⁹⁰Sr (Т=28,6 года) в 1954-1990 гг.

Рис. 8.

Хорошо видно, что, начиная с 1963 г. и до 1967 г., когда загрязнение приземной атмосферы в масштабах страны происходило в основном только за счет процессов самоочищения стратосферного резервуара, убывание концентрации рассматриваемых радионуклидов происходило по экспоненциальному закону. Если бы в последующие годы китайских взрывов не происходило, процесс самоочищения атмосферы от радиоактивных продуктов в первом приближении продолжался бы по этому же закону, то есть концентрация каждого из них убывала бы по экспоненте, изображенной на Рис.7 пунктиром.

Дополнительные поступления радиоактивных продуктов мощных ядерных взрывов, производившихся в КНР, в атмосферу северного полушария вызывали увеличение концентрации ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в приземной атмосфере СССР (эта область значений на Рис.7 заштрихована). Видно, что с 1968 по 1985 г. загрязнение атмосферы в СССР было вызвано именно китайскими ядерными взрывами.

После радиационной аварии на Чернобыльской АЭС, произошедшей 26.04.1986 г., наблюдался новый скачок концентрации ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr (об аварии ЧАЭС подробнее см следующий параграф). При расчете средневзвешенных значений концентрации по территории страны с 1986 г. из усреднения исключались данные, полученные в загрязненной при аварии зоне (зоне отселения). Из Рис.2 видно, что влиянием китайских ядерных взрывов на загрязнение воздушного бассейна СССР с 1986 г. по настоящее время можно пренебречь.

Аналогичная картина наблюдается и для выпадений ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr из атмосферы на Землю.

Таким образом, проведение испытаний ядерного оружия в атмосфере в КНР начиная с 1966 - 1967 гг. оказывало заметное влияние на загрязнение воздушного бассейна на территории бывшего СССР долгоживущими ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. Средневзвешенная по территории страны максимальная концентрация в воздухе этих радионуклидов в среднем за год достигала 4*10^-15 Ки/м³ для ¹³⁷Cs, 2*10^-15 Ки/м³ для ⁹⁰Sr (1971 г).

Радиоактивность атмосферы после аварии на Чернобыльской АЭС

Выброс в результате аварии в Уиндскейле произошел через вентиляционную трубу высотой 125 м, продолжался в течении суток и состоял преимущественно из РБГ и летучих радионуклидов. Основными радионуклидами в выбросе были ¹³⁷Cs (2,2*10¹³ Бк), ¹³¹J (7,4*10¹⁴ Бк), ⁸⁹Sr (3*10¹² Бк), ⁹⁰Sr (7*10¹⁰ Бк), ¹⁰⁶Ru (3*10¹² Бк), ¹³²Te (4,4*10¹⁴ Бк), ¹³³Xe (1,2*10¹⁶ Бк), ²³⁹Pu (1,6*10⁹ Бк). Интегральная концентрация ¹³¹J в воздухе достигала в районе аварии 30 Бк/м³*сут. След от выпадений из выброса простирался на расстояние ~ 4 км к юго-востоку. Радиоактивное облако распространилось на юго-восток и достигло Бельгии, Голландии, Германии, Норвегии.

Выброс в результате аварии на АЭС Три-Мойл-Айленд произошел из-под защитной оболочки реактора, продолжался около 30 часов и был сравнительно небольшим (в сутки 10¹⁷ Бк). В составе выбросов были преимущественно РБГ (¹³³Хе, ^133mХе, ¹³⁵Хе) и небольшое количество ¹³¹J (<1,1 Бк). От места аварии выброс распространялся преимущественно на север на расстояние около 50 км.

Выброс в результате аварии на IV блоке ЧАЭС, в отличие от предыдущих, отличался значительной мощностью, продолжительностью и высотой. Выброс происходил из горящей активной зоны, продолжался 10 дней, был высотой до 23 км и по суммарной мощности составил ~ 2*10¹⁸ Бк (34 % активности, содержащейся в активной зоне к моменту аварии). Радионуклидный состав выбросов был близок к составу топлива, но с преобладанием в выбросе летучих радионуклидов: кроме РБГ было выброшено 20 % из содержащихся в активной зоне радионуклидов J (6,7*10¹⁷ Бк), ~10% радионуклидов цезия (1,9*10¹⁶ Бк ¹³⁴Cs и 3,7*10¹⁶ Бк ¹³⁷Cs) и примерно 3% радионуклидов редкоземельных элементов и актиноидов. Из выброшенных в атмосферу активностей на месте осело 0,30,5 %, а в пределах 20 км около 1,52,0 %. В ближней зоне в течение 5 первых дней на земную поверхность осело грубодисперсное (больше 10 мкм) вещество - "горячие" топливные частицы. В период аварии наблюдались ветры всех возможных направлений.

Первичный выброс (ночью 26 апреля) распространялся на Запад на небольшой высоте (несколько сот м). Днем конвективным потоком радиоактивное облако перемещалось в вертикальном направлении в слое высотой до 2-3 км, а часть его переместилась еще выше. Факел выброса днем 26 апреля повернул на северо-запад и север (на следующий день облако достигло Скандинавии - здесь были самые большие за пределами СССР выпадающие доли 1*10⁵ Бк (м²). В последующие дни выбросы распространялись как через Польшу на Европу, так на востоке и юго-востоке в сторону Турции и Греции. Таким образом, к 30 апреля завершили полный разворот ветра и до середины мая в большей или меньшей мере загрязнение от чернобыльских выпадений распространилось во всем Северном полушарии. Выпадения были крайне неравномерны (в зависимости от количества локально выпавших осадков). За исключением нескольких отдельных территорий, загрязнение от аварии ЧАЭС за пределами СССР было в целом низкое (дозы от этих загрязнений были ниже доз от естественных радионуклидов).

Состав выбросов различался на разных удалениях от места аварии из-за различия в поведении отдельных составляющих выброшенного вещества.

Далее рассмотрим более детально сам процесс развития аварии и ее последствия для ближней и дальней зоны в пределах территории СССР.

Радиационная обстановка вблизи ЧАЭС после аварии определялась по 3 величинам:

По мощности экспозиционной дозы -излучения на трех расстояниях от аварийного энергоблока, полученные 29 - 30.04.86: на расстояниях 200-250 м, 4 км от АЭС и вблизи 4-го энергоблока.

По результатам -спектрометрических исследований проб почвы.

По результатам анализов проб почвы, в которых была обнаружена высокая доля летучих цезия и йода и почти полное отсутствие нелетучих церия и циркония.

На основе данной информации и ранее проведенных исследований утечки продуктов деления из облученного топлива, нагретого до высокой температуры, была предложена рабочая гипотеза выброса, из которой следовало, что в аварийном выбросе можно выделить 4 основные стадии:

1-я стадия - выброс, обусловленный взрывом из-за ввода положительной реактивности;

2-я стадия - выброс, связанный с горением графитовой кладки реактора;

3-я стадия - выброс за счет процессов, идущих при повышении температуры топлива и топливосодержащей массы из-за энергии радиоактивного распада накопленных продуктов деления;

4-я стадия - резкое уменьшение выброса в результате стабилизации и последующего постепенного снижения температуры.

Таблица 11.

Активность выброса и распределение продуктов деления на аварийном энергоблоке и вне его на 1-й и в конце 3-й стадии.

^* За 100% принята активность радионуклидов в РБМК на 26. 04.86 г.

Представление о пространственно-временном изменении радиационной обстановки в первые дни мая 1986 г. дают данные следующей таблицы: атмосфера чернобыльский радионуклид

Таблица 24

Активность радионуклидов, выпавших в отдельных регионах (оценено по результатам измерений в первые дни мая 1986 г.), МКи

Радиоактивные продукты аварии на Чернобыльской АЭС регистрировали все метеостанции Арктики. Из глобальных выпадений перед этой аварией наблюдали ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr , их средняя концентрация в воздухе составляла примерно 0,09*10^-5 и 0,15*10^-5 Бк/м³ соответственно. После аварии усредненная за май 1986 г. концентрация ¹³⁷Cs в Заполярье возросла примерно в 300 раз, на Крайнем Севере - в 60 раз. Концентрация радионуклидов в атмосфере Заполярья и Крайнего Севера в 1986 г. изменялась следующим образом:

Таблица 25

Среднемесячная концентрация радионуклидов в воздухе Заполярья и Крайнего Севера после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 гг., 10^-5 Бк/м³

Видно, что количество содержащихся в атмосфере ИРН резко падало со временем, так же как и выпадавших на земную поверхность.

Из данных, приведенных ниже (Таблицы №14), следует, что в мае 1986 г. наибольшие выпадения ¹³⁷Cs (553 Бк/(м²мес)) наблюдали на Кольском полуострове, наименьшие - 27,5 Бк/(м²мес ) на азиатской части Арктики. Высокая плотность выпадений ¹³⁷Cs в июне 1986 г. в западной части территории российской Арктики объясняется вторичной ветровой миграцией радиоактивной пыли.

Таблица 26

Динамика выпадений ¹³⁷ Cs из атмосферы в различных районах Арктики после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., Бк/(м²мес ) [4 МК]

Из таблицы 26 видно, что наиболее интенсивные выпадения цезия-137 наблюдали в Мурманске, где суммарная плотность выпадения за месяц была в 2,5 раза больше усредненной по метеостанциям Кольского полуострова.

После аварии на Чернобыльской АЭС месячные атмосферные выпадения радионуклидов, усредененные по территории Заполярья, изменялись в широких пределах (см. Табл. 27).

Таблица 27

Атмосферные выпадения радионуклидов в Заполярье после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., Бк/(м²мес)

Эти данные свидетельствуют о том, что радиоактивное загрязнение российского сектора Арктики обусловлено, в основном, атмосферными ядерными испытаниями, проведенными в 1945 - 1980 гг., и в существенно меньшей степени аварией на Чернобыльской АЭС.

Загрязненная радионуклидами территория в результате аварии на Чернобыльской АЭС является поверхностным источником поступления радиоактивных аэрозолей в атмосферу за счет ветрового подъема.