Приложение А (справочное). Пример использования настоящих МУ при реконструкции доз внешнего и внутреннего облучения жителей населенного пункта, в результате радиационного воздействия наземного ядерного взрыва, осуществленного на Семипалатинском полигоне

Приложение А
(справочное)

Пример использования настоящих МУ при реконструкции доз внешнего и внутреннего облучения жителей населенного пункта, в результате радиационного воздействия наземного ядерного взрыва, осуществленного на Семипалатинском полигоне

На данном примере показана последовательность действий при проведении расчетов по восстановлению параметров радиационной обстановки в населенном пункте и вероятных доз излучения, которые могли получить при этом его взрослые жители.

Вся исходная информация и расчеты сопровождаются ссылками на конкретные формулы (ф.) и таблицы (т.) МУ, в которых они подробно рассматриваются, в силу чего, приводимые здесь значения поясняются лишь в той степени, в которой это необходимо для проводимых вычислений.

Если какой-либо параметр (исходный или расчетный) уже получил численное определение, то перед его повторным использованием он дается без комментариев и мелким шрифтом.

1. Исходные данные и принятые условия, используемые в расчетах

1.1. Характеристики параметров и условий проведения взрыва

Дата проведения - 24.09.51

Местное астрономическое время проведения взрыва - 13 ч 10 мин ( ч)

Место взрыва - Семипалатинский полигон

Тип взрыва - наземный

Высота точки взрыва над подстилающей поверхностью км

Мощность взрыва q = 38 кт

Делящийся материал -

Максимальная высота подъема радиоактивного облака взрыва (верхней кромки) на момент его стабилизации км

Скорость ветра усредненного по высоте от до земной поверхности км/ч

Показатель степени спада мощности дозы гамма-излучения во времени n = 1,2.

1.2. Характеристики населенного пункта, условий проживания населения и антропометрические данные принятые для взрослого человека

Название населенного пункта - "А".

Основной тип застройки - рубленные деревянные дома.

Расстояние от центра (эпицентра) взрыва до населенного пункта по оси радиоактивного следа X = 432,5 км.

Мощность дозы гамма-излучения в населенном пункте "А" на "ч" + 3,00 - 97,6 мР/ч.

Мощность дозы гамма-излучения в населенном пункте на 24 часа после взрыва мр/ч (5.2)

Местное астрономическое время выхода людей из помещений - ч.

Среднее время пребывания людей на открытой местности ч/сут (5.15)

Объем легочной вентиляции при выполнении работ средней тяжести, v = 30 л/мин (табл. ПБ 4).

Люди во время прохождения радиоактивного облака находились на открытой местности т.е. .

Коэффициент ослабления зданием гамма-излучения от выпавших на местность радионуклидов - (табл. ПБ 3 прилож. Б).

Содержание молочного скота - пастбищное. Растительный корм пастбища - сухостой; прирост свежей травы отсутствует, т.е. (5.40). Для этих условий коэффициент относительного радиоактивного загрязнения травы (Бк/кг)/(мР/ч) (5.36).

Выводимая с молоком доля i-го радионуклида от его количества, поступившего в организм коровы, при условии 100% растворимости - , составляет:

- для отн. ед.

- для отн. ед. ((5.41) и табл. ПБ 2 прилож. Б).

Среднесуточное потребление травы коровой кг (5.41).

Средний суточный удой молока на корову л (5.41).

Суточный объем молока местного производства в рационе питания взрослого человека V = 0,7 л (5.47).

1.3. Требования к расчетам

Восстановить нижеследующие параметры радиационной обстановки в населенном пункте "А" после ядерного взрыва, осуществленного на Семипалатинском полигоне 24 сентября 1951 года:

1.3.1. При оценках внешнего гамма-облучения людей реконструировать:

- эффективную дозу внешнего гамма-излучения (, мЗв), которую могли получить жители населенного пункта за все время от момента прихода радиоактивного облака () до полного распада выпавших радиоактивных продуктов ().

1.3.2. При оценках внутреннего облучения людей определить:

- среднюю объемную активность воздуха в период формирования радиоактивного следа (, );

- возможные ингаляционные поступления в организм людей радиоизотопов йода (, Бк);

- поглощенную дозу внутреннего облучения щитовидной железы за счет ингаляционно поступивших в организм радиоизотопов йода (, мГр);

- вклад в суммарную эффективную дозу ингаляционного облучения щитовидной железы (, мЗв);

- суммарную и радионуклидную удельные активности пастбищной травы за счет йода-131 и йода-133 (, , , Бк/кг);

- максимальную объемную активность в молоке йода-131 и йода-133 (, Бк/л);

- возможные поступления в организм людей йода-131 и йода-133 в результате потребления местного молока (, Бк);

- поглощенную дозу внутреннего облучения щитовидной железы в результате потребления людьми загрязненного молока (, мГр);

- вклад в суммарную эффективную дозу внутреннего облучения щитовидной железы за счет поступления в организм радиоизотопов йода с молоком (, мЗв).

1.3.3. При оценках общего радиационного воздействия рассчитать:

- суммарную эффективную дозу облучения людей, обусловленную внешним гамма-излучением и внутренним облучением щитовидной железы (, мЗв).

2. Расчет доз внешнего гамма-излучения

2.1. Расчет эффективной дозы внешнего гамма-излучения

Вычисления ведутся с учетом положений, изложенных в разделе 5.3.2.

Определим необходимые производные исходные данные:

- время прихода облака взрыва в данный населенный пункт , ч, которое согласно (5.3) равно:

X = 432,5 км

V = 26,4 км/ч

ч;

- продолжительность радиоактивных выпадений , ч (периода формирования радиоактивного следа), может быть оценена (5.5), как:

,

q = 38 кг

ч;

- время ухода облака взрыва (условного окончания формирования радиоактивного следа и начала излучения выпавших радиоактивных продуктов), , ч, по (5.4), равно:

ч.

Эффективная доза внешнего гамма-излучения, (, мЗв), которую могли получить взрослые жители населенного пункта "А" за период времени от до может быть рассчитана по упрощенной формуле (5.15) с использованием поправочного коэффициента , учитывающего время начала облучения на сформированном радиоактивном следе - и характеристики защищенности населения - , ч:

n = 1,2

мР/ч

ч

и - взвешивающий коэффициент излучения и тканевый взвешивающий коэффициент. Для гамма-излучения воздействующего на все тело, оба коэффициента численно равны единице.

(табл. ПГ 2.3 прилож. Г)

Таким образом:

мЗв

Кроме этого, для некоторых условий существует второй, более точный, расчет эффективных доз внешнего гамма-излучения, учитывающий кинетику мощности дозы гамма-излучения на сформированном радиоактивном следе ядерного взрыва и особенности защищенности населения (прилож. Г, раздел 1).

Для выполнения данного расчета, вначале, на шкале текущего времени от до , найдем моменты времени , и , определяющие четыре интервала времени, в пределах которых могут проявляться характерные особенности защищенности населения (, , ) и создаваться дозы излучения, учитывающие эти особенности, если:

- ч;

- ч.

Согласно формуле (ПГ 4) местное астрономическое время окончания формирования радиоактивного следа - , в общем случае, определяется:

,

т.к. , то

Исходя из того, что момент начала пребывания населения на открытой местности (вне помещений) - ч, а ч, что удовлетворяет условию (5.2) (табл. ПГ1 прилож. Г), для которого:

Тогда для условия (2) по табл. ПГ 1 имеем:

ч

ч

ч

Определим мощность дозы гамма-излучения на момент окончания формирования радиоактивного следа ():

мР/ч

n = 1,2

ч

мР/ч

Рассчитаем интервальные дозы гамма-излучения (прилож. Г, фф. ПГ 2.1, ПГ 2.2, ПГ 2.3, ПГ 2.4):

После подстановки соответствующих значений имеем:

мР;

мР;

мР;

мР

Общая экспозиционная доза гамма-излучения выпадений, воздействующая на население () определится, как сумма интервальных доз (ПГ 1):

мР

Рассчитанная данным способом эффективная доза внешнего гамма-излучения (, мЗв), за период времени от до , согласно (ПГ 3), равна:

мЗв

Видим, что оба способа расчета эффективной дозы внешнего гамма-излучения дали предельно близкие результаты 5.18 и 5.14 мЗв.

3. Внутреннее облучение

3.1. Внутреннее облучение щитовидной железы при ингаляционном поступлении радиоизотопов йода

Вычисления ведутся на основе положений, изложенных в разделах 5.4.1, 5.4.4. Ингаляционное облучение щитовидной железы определяется радиоизотопами йода с массовыми числами 131, 133 и 135.

Прежде всего определим время () на которое условно принято ингаляционное поступление радионуклидов в организм человека по формуле (5.21):

ч

ч

ч

Общая средняя объемная активность аэрозолей (), , находившихся в приземном воздухе (в зоне дыхания людей) во время формирования радиоактивного следа рассчитывается по формуле (5.22). Она равна:

, где

- переходный коэффициент от мощности дозы гамма-излучения к объемной активности продуктов, содержащихся в воздухе, ;

- доля излучения в приземном воздухе, создаваемая аэрозольными продуктами взрыва. Для атмосферных ядерных взрывов ;

- средняя энергия фотонов гамма-излучения, МэВ;

- средний выход фотонов гамма-излучения, .

мР/ч

n = 1,2

ч

Общее количество радионуклидов, которое через незащищенные органы дыхания могло поступить в организм людей и там задержаться (,), Бк, определяется соотношением (5.25):

v = 30 л/мин

ч

- доля биологически значимого радиоактивного аэрозоля, задерживающегося в органах дыхания.

Доля активности в общих выпадениях (), определяемая биологически значимой фракцией частиц, вычисляется по (5.11):

Определим приведенное расстояние , являющееся безразмерным критерием подобия распределения на радиоактивных следах фракции выпадений продуктов взрыва с размерами частиц, не превышающими 50 мкм. Согласно (5.12) оно равно:

км/ч

км

X = 432,5 км

- скорость гравитационного осаждения частиц с аэродинамическим диаметром d = 50 мкм с высоты стабилизации верхней кромки облака равна:

км/ч

тогда:

При величина доли активности в выпадениях, связанная с биологически значимой фракцией частиц, равна: . Аналогичное значение имеем и при расчете по формуле (5.11).

Следовательно общее поступление радиоактивных продуктов в организм людей за время формирования радиоактивного следа () равно:

Бк

Растворимая часть ингалированного i-го радионуклида, поступающая из органов дыхания в остальной организм (, Бк), определится по (5.26):

- коэффициент растворимости i-го радионуклида выбирается в зависимости от (т. 5.6)

- доля по активности i-го радионуклида в биологически значимой фракции выпадения, соответствующая его содержанию в несепарированной смеси продуктов мгновенного деления, на момент времени ч (табл. ПБ 1).

После подстановки имеем следующие ингаляционные поступления радиоизотопов йода в организм людей:

Бк;

Бк;

Бк;

Бк.

Поглощенная доза в щитовидной железе за счет ингалированных радиоизотопов йода (, мГр) определяется, в соответствии с формулой (5.32), по соотношению:

, выбирается из данных табл. ПБ 10 прилож. Б, в зависимости от возраста человека

В данном случае:

мЗв/Бк

мЗв/Бк

мЗв/Бк

мЗв/Бк

Взвешивающий коэффициент для гамма- и бета-излучений . Взвешивающий коэффициент для выбирается из табл. ПБ 1 прилож. Б. Для щитовидной железы . После подстановки соответствующих значений, поглощенная доза в щитовидной железе, в результате ингаляции радиоизотопов йода, равна:

мГр

Вклад в суммарную эффективную дозу внутреннего облучения щитовидной железы за счет ингалированных радиоизотопов йода (, мЗв) определяется по формуле (5.35)

и соответственно в численном выражении

мЗв

3.2. Внутреннее облучение щитовидной железы при пероральном поступлении радиоизотопов йода с коровьим молоком

Суммарное поверхностное радиоактивное загрязнение травянистой растительности - , Бк/кг, в зонах локальных выпадений ядерных взрывов определяется по (5.36)

(Бк/кг)/(мР/ч).

мР/ч

n = 1,2

t = 24 ч

Бк/кг

Загрязнение растительности отдельными радионуклидами оценивается по соотношению (5.37):

Как следует из табл. ПБ 1 прилож. Б:

Бк/кг

Бк/кг

Максимальное содержание в молоке i-го радионуклида (,), Бк/л, рассчитывается по формуле (5.41):

отн. ед.

отн. ед.

кг

G = 10 л

- постоянная скорости распада i-го радионуклида (табл. ПБ 5 прилож. Б):

- постоянная биологического очищения пастбищного корма, которая определяется, главным образом, приростом новой травы и предпочтительным ее поеданием животными (табл. 5.4).

- время после взрыва, к которому в молоке накапливается максимальное содержание радионуклида (табл. 5.5):

ч

ч

Бк/л

Бк/л

Если начало потребления загрязненного молока соответствует и непрерывно продолжается до , то поступление радионуклида , Бк составит (5.47):

Бк

Бк

Если потребление молока продолжалось до полного распада активности радиоизотопов йода, то согласно формуле (5.50), поступление нуклида с молоком за время от до соответствует:

Бк

Бк

Таким образом, поступление i-го радионуклида в организм с молоком коров определяется (5.51.1):

Бк

Бк

В данном случае поглощенная доза внутреннего облучения щитовидной железы радиоизотопами йода-131 и йода-133 при постоянном потреблении жителями свежего местного молока определяется, как

Из табл. ПБ 10 прилож. Б:

мЗв/Бк;

мЗв/Бк.

Соответственно численное значение поглощенной дозы равно:

мГр

При этом вклад в суммарную эффективную дозу внутреннего облучения щитовидной железы за счет радиоизотопов йода, поступающих в организм людей с местным молоком составит:

мЗв

4. Общее радиационное воздействие

Общее радиационное воздействие оценивается по суммарной эффективной дозе (, мЗв), являющейся мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения. В нашем примере:

После суммирования полученных выше значений составляющих суммарной эффективной дозы имеем:

мЗв

5. Результаты расчетов

Проведенные расчеты позволяют полагать, что при наземном ядерном взрыве мощностью q = 38 кт, осуществленном на Семипалатинском испытательном полигоне 24 сентября 1951 года в 13 ч 10 мин, в результате возникших локальных выпадений продуктов взрыва, радиационная обстановка в гипотетическом населенном пункте "А", удаленном от места взрыва на 432,5 км, могла характеризоваться следующими данными:

- время начала радиоактивных выпадений ч;

- продолжительность периода радиоактивных выпадений ч;

- мощность дозы гамма-излучения на открытой местности на момент окончания радиоактивных выпадений - мР/ч;

- мощность дозы гамма-излучения на открытой местности через 24 часа после взрыва мР/ч;

- суммарная поверхностная активность грунта на момент окончания радиоактивных выпадений , через 24 часа после взрыва ;

- общая средняя объемная активность воздуха во время радиоактивных выпадений ;

- возможные ингаляционные поступления радиоизотопов йода:

Бк;

Бк;

Бк;

Бк;

- радиоактивное загрязнение травы на 24 часа после взрыва:

- общее - Бк/кг;

- за счет радиоизотопов йода;

- Бк/кг;

- Бк/кг;

- максимальное содержание в молоке радиоизотопов йода:

Бк/л;

Бк/л;

- поглощенная доза внутреннего облучения щитовидной железы в результате ингаляционного поступления радиоизотопов в организм людей, а также вследствие потребления местного молока:

мГр;

- суммарная эффективная доза внешнего излучения и внутреннего облучения щитовидной железы

мЗв.