Радиоактивный дождь

Радиоактивный дождь — это атмосферные осадки (дождь, снег, град, туман), содержащие радиоактивные изотопы, выпадающие на земную поверхность из облака радиоактивного загрязнения, образовавшегося в результате ядерного взрыва, аварии на радиационно-опасном объекте или применения радиологического оружия. Является одной из основных форм выпадения радиоактивных веществ из атмосферы и главным фактором формирования долговременного радиоактивного загрязнения местности.

Механизм образования

Радиоактивный дождь образуется в результате конденсации водяного пара на частицах радиоактивной пыли или захвата этих частиц каплями воды в облаке. Процесс включает несколько стадий:

1. Выброс радиоактивных веществ в атмосферу. Источником может быть ядерный взрыв (наземный, воздушный, подводный), аварийный выброс из реактора (например, при разрушении активной зоны) или разрушение радиоактивного источника. При взрыве образуется огненный шар, в котором испаряются и смешиваются с воздухом продукты деления ядерного топлива, а также частицы грунта, воды и конструкционных материалов.

1. Конденсация и коагуляция. По мере остывания огненного шара пары конденсируются, образуя твёрдые частицы (конденсационный аэрозоль). Эти частицы имеют размеры от долей микрона до нескольких микрон. Они могут слипаться друг с другом (коагуляция) или присоединяться к более крупным частицам пыли и сажи.

1. Образование радиоактивного облака. Облако состоит из смеси газов, паров и аэрозолей. Оно перемещается с воздушными массами, постепенно рассеиваясь. Внутри облака происходит взаимодействие радиоактивных частиц с водяным паром.

1. Захват частиц осадками. Радиоактивные частицы выполняют роль ядер конденсации: на них оседает водяной пар, образуя капли. Кроме того, капли дождя, падая сквозь облако, сталкиваются и захватывают взвешенные в нём радиоактивные частицы (процесс вымывания). Этот механизм называется влажным выпадением.

1. Выпадение на поверхность. Осадки, содержащие радионуклиды, достигают земли, загрязняя почву, воду, растительность и здания.

Классификация

По времени выпадения относительно момента взрыва или аварии радиоактивные осадки делятся на три основных типа:

Локальные (местные) выпадения

Выпадают в течение первых 10–20 часов после взрыва в пределах нескольких сотен километров от эпицентра. Состоят из крупных частиц (размером более 10–20 мкм), которые быстро оседают под действием силы тяжести. Локальные выпадения содержат до 50–70 % всей радиоактивности, образовавшейся при взрыве, и создают наиболее интенсивное, но ограниченное по площади загрязнение. Характерны для наземных ядерных взрывов.

Тропосферные выпадения

Распространяются в тропосфере (до высоты 10–15 км) и выпадают в течение от нескольких дней до нескольких недель. Частицы имеют размеры 1–10 мкм. Они переносятся воздушными течениями на тысячи километров, огибая земной шар. Тропосферные выпадения формируют глобальное загрязнение умеренных широт. Время пребывания частиц в тропосфере составляет от 10 до 30 суток.

Стратосферные (глобальные) выпадения

При мощных взрывах (мощностью более 100 кт) радиоактивные продукты могут быть заброшены в стратосферу (выше 15 км). Там они находятся от нескольких месяцев до нескольких лет, медленно опускаясь в тропосферу. Выпадение происходит по всему земному шару, преимущественно в средних широтах. Составляют основу долговременного фонового загрязнения планеты. Основной вклад в стратосферные выпадения внесли испытания ядерного оружия в 1950–1960-х годах.

Состав и свойства

Радиоактивный дождь содержит смесь из сотен различных радионуклидов — продуктов деления ядер урана или плутония, а также наведённой радиоактивности (например, изотопов, образующихся при захвате нейтронов ядрами почвы или воды). Наиболее значимые с точки зрения биологической опасности:

• Йод-131 (¹³¹I) — период полураспада 8,02 суток. Накапливается в щитовидной железе, вызывает высокий риск рака. Основной источник опасности в первые недели после аварии.
• Цезий-137 (¹³⁷Cs) — период полураспада 30,17 лет. Химический аналог калия, легко встраивается в биологические цепи, загрязняет почву и растения. Основной дозообразующий радионуклид в отдалённый период.
• Стронций-90 (⁹⁰Sr) — период полураспада 28,8 лет. Аналог кальция, накапливается в костях, вызывает лейкозы и рак костей.
• Плутоний-239 (²³⁹Pu) — период полураспада 24 110 лет. Высокотоксичен, альфа-излучатель, опасен при попадании внутрь организма. Присутствует в осадках от ядерных взрывов и аварий с разрушением ядерного топлива.
• Америций-241 (²⁴¹Am) — продукт распада плутония-241, период полураспада 432,6 года. Вносит вклад в долговременное загрязнение.

Физические свойства осадков (кислотность, температура, интенсивность) могут изменяться под влиянием радиоактивных веществ, но это не является определяющим фактором. Основная опасность — ионизирующее излучение, испускаемое радионуклидами.

Воздействие на окружающую среду и человека

Радиоактивный дождь приводит к загрязнению больших территорий. Последствия зависят от количества выпавших радионуклидов, их изотопного состава, метеорологических условий и характера подстилающей поверхности.

Загрязнение почвы и воды

Радионуклиды сорбируются на частицах почвы, особенно на глинистых минералах и органическом веществе. Цезий-137 и стронций-90 остаются в верхнем слое почвы (0–5 см) в течение многих лет, откуда они поступают в растения. В водные объекты радионуклиды попадают с поверхностным стоком, что может привести к загрязнению питьевой воды и гидробионтов.

Биологическое действие

Внешнее облучение от осадков, выпавших на поверхность, создаёт гамма-фон. Внутреннее облучение возникает при вдыхании радиоактивных аэрозолей или при употреблении загрязнённых продуктов питания и воды. Наиболее опасны радионуклиды, накапливающиеся в критических органах (щитовидная железа, кости, лёгкие). Воздействие ионизирующего излучения может вызывать:

• лучевую болезнь (при высоких дозах);
• онкологические заболевания (рак щитовидной железы, лейкозы, рак лёгких);
• генетические мутации;
• поражение иммунной и кроветворной систем.

Экологические последствия

Радиоактивное загрязнение приводит к гибели или угнетению чувствительных видов растений и животных, нарушению пищевых цепей, снижению биоразнообразия. В зонах отчуждения (например, вокруг Чернобыльской АЭС) наблюдается восстановление дикой природы, но с повышенным уровнем мутаций у некоторых видов.

Крупные события, связанные с радиоактивными дождями

Испытания ядерного оружия

Наибольший вклад в глобальное загрязнение радиоактивными осадками внесли атмосферные ядерные испытания, проводившиеся США, СССР, Великобританией, Францией и Китаем в 1945–1980 годах. Всего было произведено более 500 атмосферных взрывов. Наиболее мощные — испытания термоядерных бомб (например, «Царь-бомба» в 1961 году, 58 Мт). В результате этих испытаний в стратосферу было выброшено огромное количество радионуклидов, которые затем выпали по всему миру. В 1963 году был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в трёх средах (атмосфера, космос, под водой), что резко сократило глобальные выпадения.

Авария на Чернобыльской АЭС (1986)

26 апреля 1986 года произошла авария на четвёртом энергоблоке Чернобыльской АЭС (СССР, ныне Украина). В результате взрыва реактора и последующего пожара в атмосферу было выброшено около 5–10 % ядерного топлива. Радиоактивное облако прошло над территорией СССР, Восточной и Западной Европы. Наиболее интенсивные радиоактивные дожди выпали вблизи станции, в Белоруссии, Украине и России (Брянская, Калужская, Тульская области). В первые дни основную опасность представлял йод-131, впоследствии — цезий-137 и стронций-90. Зона отчуждения вокруг станции площадью около 2600 км² остаётся необитаемой. Авария привела к эвакуации более 100 000 человек, росту заболеваемости раком щитовидной железы у детей и подростков.

Авария на АЭС «Фукусима-1» (2011)

11 марта 2011 года в результате землетрясения и цунами на АЭС «Фукусима-1» (Япония) произошло расплавление активной зоны трёх реакторов. В атмосферу были выброшены радиоактивные газы и аэрозоли, в основном йод-131 и цезий-137. Радиоактивные дожди выпали в основном в Тихом океане и на северо-востоке острова Хонсю. Значительная часть радионуклидов была вымыта дождями в океан, что привело к загрязнению морской воды и рыбы. Зона отчуждения вокруг станции была установлена, часть территории остаётся непригодной для проживания.

Меры защиты

При угрозе радиоактивного дождя или вскоре после его выпадения применяются следующие меры:

• Укрытие в зданиях и подвалах. Снижает внешнее облучение и предотвращает вдыхание аэрозолей.
• Герметизация помещений. Закрытие окон, дверей, вентиляционных отверстий.
• Использование средств индивидуальной защиты. Респираторы, противогазы, влажные марлевые повязки для защиты органов дыхания.
• Приём препаратов стабильного йода. Для блокировки накопления радиоактивного йода-131 в щитовидной железе. Эффективен только в первые часы после поступления радионуклида.
• Дезактивация. Удаление радиоактивной пыли с поверхностей, одежды, обуви. Включает обмывание водой, обработку специальными растворами, снятие верхнего слоя почвы.
• Контроль продуктов питания и воды. Запрет на употребление загрязнённых продуктов, введение норм радиационной безопасности.
• Эвакуация населения. При высоких уровнях загрязнения — временное или постоянное переселение из зоны отчуждения.

Источники

• Радиационная безопасность: учебное пособие / под ред. Л. А. Ильина. — М.: Изд-во Атомиздат, 2001.
• Ядерная физика и радиоэкология: учебник / В. П. Машкович, А. М. Панченко. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
• Чернобыль: катастрофа и уроки / под ред. Ю. А. Израэля. — М.: Наука, 1990.
• Отчёт Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) за 2000 год. — Нью-Йорк: ООН, 2000.
• Радиоактивное загрязнение окружающей среды при ядерных взрывах и авариях / под ред. В. А. Логачёва. — М.: Гидрометеоиздат, 1988.