Последствия испытаний ядерного оружия и оценки воздействия

Вернемся теперь к глобальным последствиям радиоактивных выпадений после испытаний ядерного оружия в открытых средах. Как мы знаем, имеются три канала воздействия: внешнее облучение, ингаляция и пероральное поступление. Довольно сложные расчетные графики на рис. 8.7 дают достаточно полное представление о каналах воздействия.

Что касается внешнего облучения, то с начала 1970;х гг. именно оно определяет среднюю дозу, получаемую «средним человеком», от радионуклидов, образованных в результате испытаний ядерного оружия. С конца 1960 гг. Это облучение в основном обусловлено глобальными выпадениями ¹³⁷Cs.

Что касается внутреннего облучения (см. рис. 8.7, б, в), то представленные на рис. 8.7, б зависимости для перорального поступления получены в результате расчетов с помощью однокамерных моделей, описывающих переход радионуклидов из выпадений в продукты питания. Последующее распределение радионуклидов в теле человека рассчитывается с помощью двухкамерных моделей. До начала 1970;х гг. вклады внешнего облучения и внутреннего были соизмеримы. Во время активной фазы испытаний ¹³⁷Cs был также основным источником внутреннего облучения ввиду того, что он быстро переходит в продукты питания. Однако с середины 1960;х гг. наибольший вклад за счет перорального поступления вносит ⁹⁰Sr. Это обусловлено в значительной мере тем, что он более медленно переходит в продукты питания, но затем надолго задерживается в организме.

Когда говорят о глобальных загрязнениях, почти всегда приводят в качестве примера экологических последствий накопление ¹³⁷Cs в цепочке «лишайник — северный олень», а также в некоторых пресноводных рыбах, например, в реке Теча. Конечно, потребление таких продуктов приводило к значительному поступлению ¹³⁷Cs в организмы людей. Однако в параграфе 6.5 было показано, что радионуклиды из примордиальных радиоактивных семейств могут давать и более значительный вклад во внутреннее облучение человека.

Что касается ингаляционного поступления, то из рис. 8.7, в следует, что здесь существенным был вклад от ¹⁴⁴Се. С конца 1970;х гг. этим вкладом можно полностью пренебречь. Тем не менее в той части пустыни Маралинга, где Великобритания проводила свои испытания, этот вклад может оставаться заметным. Последний источник — это глобально распределенные в атмосфере и гидросфере ³ТП и ¹⁴С. С учетом их, зависимости годовой эффективной дозы от времени представлены на рис. 8.8.^[1]

Puc. 8.7. Усредненные годовые эффективные дозы — Е (мкЗв) от ядерных испытаний в открытых средах. Вклады ~1% на рисунке не представлены:

а — Внешнее облучение. Линия, обусловленная у-излучением ⁹⁵Zr, также учитывает добавки от ¹³¹1 и ¹⁴⁰Ва; 6 — пероральное поступление. В зависимости, представленной для ¹³¹1, учитывается и вклад от ⁸⁹Sr и ¹⁴⁰Ва; в — ингаляция. Вклады от ¹³¹1,¹⁴⁰Ва, ¹⁴¹Се, ¹⁰³Ru, ⁸⁹Sr, ^9,Y добавлены к дозе, обусловленной ⁹⁵Zr.

Рис. 8.8. Вклады в среднюю годовую дозу от всех путей облучения.

человека радионуклидами, образовавшимися в результате ядерных испытаний в открытых средах Получаемые подобным образом¹ дозы имеют явно выраженные широтные зависимости и не совпадают для Северного и Южного полушарий. В Северном полушарии для умеренной зоны (40— 50°) годовые дозы выше средней в 1,5 раза, а в Южном — в 1,65 раза. Усредненная по полушарию наибольшая доза была 0,13 мЗв в Северном полушарии в 1963 г. и 0,06 мЗв в 1962 г. — в Южном.

Усредненная по миру средняя доза —0,06 мЗв, при этом вклад от долгоживущего ¹⁴С составляет 30%. Ожидаемая доза^{1[2][3] от всех вкладов составляет —3,5 мЗв.}

Рассматривая последствия ядерных испытаний в открытых средах, мы должны уделить внимание также испытаниям, непосредственными участниками которых были люди. Речь идет о войсковых учениях с применением ядерного оружия. Впервые такие испытания провела армия США в ходе двух ядерных испытаний 1946 г. на атолле Бикини (операция Crossroads), в которых участвовало 42 тыс. военнослужащих. Один взрыв являлся воздушным, а второй — подводным. В течение 1951— 1957 гг. на Невадском полигоне во время ядерных испытаний проводилось восемь этапов войсковых учений Desert Rock с участием в общей сложности не менее 55 тыс. военнослужащих.

В СССР подобные войсковые учения были проведены на Тоцком полигоне 14 сентября 1954 г., в ходе которых был произведен воздушный ядерный взрыв мощностью 40 кт. Высота взрыва подбиралась такой, чтобы было по возможности меньшее загрязнение территории в районе эпицентра взрыва и на следе от радиоактивного облака. В этом единственном войсковом учении в СССР в условиях натурного ядерного взрыва приняло участие —45 тыс. военнослужащих.

Как в СССР, так и в США военнослужащие разъехались по домам, и за ними не было никакого специального медицинского контроля. Однако в США, где такая когорта насчитывала —200 тыс. человек, начали раздаваться утверждения о повышенном заболевании лейкемией у этих людей. Последовавшие исследования (1983—1985 гг.) показали, что имеет место небольшое возрастание случаев лейкемии и других новообразований, но это касалось только тех, кто принимал участие в испытаниях «SMOKY» в 1957 г. в Неваде. В Великобритании в конце 1980;х гг. были обследованы —22 тыс. человек, принимавших участие в испытаниях. Состояние здоровья их было признано хорошим, но наблюдалось небольшое увеличение случаев лейкемии и ретикулоплазмоцитоза. В СССР, к сожалению, никаких статистически корректных оценок последствий для здоровья участников от всех этих испытаний пока не было сделано.

Ядерные державы довольно рано осознаны проблемы, связанные с обеспечением ядерной взрывобезопасности ядерных зарядов в условиях случайных аварийных ситуаций, приводящих к детонации взрывчатых веществ. Первый в СССР совсем не запланированный эксперимент в этой области случился 19 октября 1954 г., когда произошел непредвиденный отказ взрыва всего ядерного заряда (мощность произошедшего взрыва составила всего —1т). Первый специальный эксперимент в СССР в этих целях был проведен 26 августа 1957 г. (мощность взрыва —100 т). Стало очевидным, что неядерный взрыв ядерного заряда сопровождается диспергированием плутония, входящего в его состав, с последующим выпадением этой активности. Поэтому в 1960, 1961 и 1963 гг. на территории Семипалатинского испытательного полигона проводились гидроядерные эксперименты^[4] на макетах ядерных зарядов на основе ²³⁹Ри (24 эксперимента) и на основе ²³⁵U (14 экспериментов). В этих экспериментах было диспергировано —28 ТБк ²³⁹Ри (более 12 кг) при различных погодных условиях.

Помимо этого, достаточно большого количества плутония, там находится еще и какое-то его количество от наземных ядерных взрыbob, равно так же, как и такие радионуклиды, как ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. На полигоне имеются как чистые от радиоактивного загрязнения места, так и загрязненные. Основным источником радиоактивного загрязнения являются места проведения наземных ядерных взрывов в 1950;е гг. и места, где проводили гидроядерные эксперименты. Следует иметь в виду, что территория любого ядерного полигона, в том числе и Семипалатинского, это площадь, решением Правительства страны изъятая на неопределенно длительное время из какого-либо вида землепользования, кроме как для проведения ядерных испытаний. Экологическая значимость подобного объекта, как бы велик он ни был, привлекает к себе внимание тогда, когда он становится источником загрязнения окружающей его природной среды. Территории полигонов, конечно, следует рассматривать и как места для проведения различного рода радиоэкологических исследований и наблюдений. Особо следует рассматривать ситуацию в тех случаях, когда де факто или решением правительств там начинается землепользование.

Помимо Семипалатинского, Новоземельского и Тоцкого полигонов для исследования поражающих факторов ядерного взрыва использовались также полигон Капустин Яр и окрестности г. Аральска. 2 февраля 1956 г. с полигона Капустин Яр в Астраханской области стартовала жидкостная одноступенчатая баллистическая ракета Р-5М, разработанная под руководством С. П. Королева. Ее ядерная головная часть, пролетев 1200 км, вызвала взрыв мощность 0,3—0,4 кт в пустыне близ г. Аральска.

Территориально полигон «Капустин Яр» относится к Астраханской области. В период с 1957 по 1962 г. на этом ракетном испытательном полигоне в ракетных пусках было проведено 10 испытаний, в том числе высотные и космические ядерные испытания. Пять первых ракетных пусков были в направлении г. Аральска. Первый из 10 взрывов был произведен 19 января 1957 г., а последний — 1 ноября 1962 г.

Рассмотрим теперь последствия двух других видов деятельности: подземных испытаний и взрывов в мирных целях. Согласно данным приложения 16, количество подземных испытаний на 2000 г. было 1876, и они составляют подавляющее большинство^[5]. Суммарная их мощность — 90 Мт составляет 17% от полной. США провели свое первое подземное испытание в Неваде в 1955 г. и затем — в 1961 г. Когда в СССР было проведено первое подобное испытание на Семипалатинском полигоне, США произвели уже 30. Подземным взрывом мы будем считать такой, когда наружу не выброшено детектируемого вне пределов территории страны количества радионуклидов. Известно, что 32 взрыва на полигоне в Неваде сопровождались загрязнением окружающей среды¹. В результате этих 32 событий в окружающую среду было выброшено 5 ПБк ^ш1, что в 1000 раз меньше его количества, выпавшего на землю в результате испытаний ядерного оружия (см. табл. 8.2). Утечки йода при всех подземных испытаниях могли привести к коллективной дозе — 150 чел.-Зв.

Можно предполагать, что все достаточно мощные подземные взрывы сопровождались выбросом в атмосферу части трития и благородных газов, а часто — и изотопов йода. Сообщаемые в научной литературе данные получены в рамках определенных моделей и не могут быть приборно проверены. Например, согласно шведским расчетам, одно испытание в 1966 г. на Семипалатинском полигоне с выбросом в атмосферу части продуктов распада привело для Швеции к коллективной дозе 3 чел.-Зв, другие испытания давали по —0,1 чел.-Зв. Как бы там ни было, начиная с конца 1960;х гг. подземные испытания, проведенные в большом количестве в последующие годы, имели мало последствий для окружающей среды и человека.

Московский договор от 5 августа 1963 г. не запрещал проведения ядерных взрывов в мирных целях. В определенной мере он даже их приветствовал как путь для международного сотрудничества в области атомной энергии на благо всех стран, в первую очередь тех, которые не имеют ядерного оружия. Наибольший размах программы ядерных испытаний в гражданских целях получили в СССР и США. В СССР в течение 1964—1988 гг. было осуществлено в общей сложности 124^[6][7] промышленных взрыва (общей мощностью 1,76 Мт) и 32 ядерных испытания в интересах отработки промышленных зарядов. Американская программа Plowshare^[8] проводилась в 1961—1973 гг. и насчитывала 27 экспериментов.

В практике международного сотрудничества не было случая применения мирных ядерных взрывов в интересах неядерных государств в соответствии с возможностями, предоставляемыми Договором о нераспространении. Налицо была и явная недостаточность гарантий экологической безопасности. Постепенно нарастало сопротивление этим программам, полезность которых для гражданских целей была сомнительна, и США свернули свою программу к 1973 г.

Основные направления применения мирных ядерных взрывов были связаны с крупномасштабными горными работами, добычей полезных ископаемых и др. Особый интерес представляли заглубленные взрывы наружного действия и подземные (камуфлетные), когда радиус разрушающего действия не достигает поверхности Земли. Взрывы первого типа предназначались для вскрытия месторождений полезных ископаемых, строительства каналов, набросных плотин, водоемов, искусственных гаваней и т. п. Наиболее известным, но не осуществленным проектом была прокладка канала между Атлантическим и Тихим океанами¹, параллельного Панамскому каналу.

Камуфлетные ядерные взрывы производились при заглублении заряда до нескольких километров. Их целью была интенсификация разработки истощенных нефтяных и газовых месторождений, создание емкостей-хранилищ (для природного газа, нефтепродуктов, захоронения отходов и т. п.), ликвидация аварийных газовых и нефтяных фонтанов.

Наибольшими экологическими последствиями характеризовались взрывы, связанные с выбросом пород при создании водохранилищ и прокладке каналов. В США это были, например, эксперименты Sedan и Schooner. Коллективные дозы от таких экспериментов составляли от 5 до 20 чел.-Зв, но современные методы регистрации позволяли обнаруживать, например, в Нью-Йорке, нуклиды, выброшенные в ходе этих испытаний в Неваде.

Географическое положение таких взрывов в СССР дано на рис. 8.9. Первым промышленным взрывом считается взрыв на выброс — «Чаган», произведенный 15 января 1965 г. на Семипалатинском полигоне. Взрыв мощностью —140 кт был осуществлен в скважине на глубине —200 м с целью создания водохранилища в степном засушливом районе. В месте слияния пересыхающих летом речек Чаган и Ащи-Су было создано «двойное водохранилище»: внутреннее глубиной —90 м и объемом —7−10⁶ м^[9][10][11] и суммарное «внешнее» объемом — 1О10⁶ м^[11]. Существенным явилось то, что здесь использовалось ядерное взрывное устройство, в котором делением было обусловлено только —6%^[13][14] мощности взрыва, а сам заряд был достаточно заглублен. Этот водоем существует и взрыв можно признать удачным экспериментом, хотя в социальном и экологическом планах подобные эксперименты в ближайшее десятилетие будут явно неприемлемыми.

Следующий взрыв был произведен в Башкирии 30 марта 1965 г. для интенсификации добычи нефти. 30 сентября 1965 г. был осуществлен взрыв в Урта-Булак (Узбекская ССР) для перекрытия скважины газового фонтана высотой 70 м, который горел более 3 лет. Среднесуточная потеря газа составляла (1,2—1,5)-10⁷ м^[11] со всеми связанными с этим экологическими последствиями. Скважина была перекрыта на глубине 1,5 км, газовый фонтан потух через —22 с после взрыва. Выход радиоактивных веществ на поверхность не был зафиксирован. Подобным образом были перекрыты еще два горящих факела, однако в двух других экспериментах (09 июня 1972 г. на Украине и 25 мая 1981 г. в Архангельской области) сделать это не удалось.

Рис. 8.9. Места проведения ядерных взрывов в мирных целях на территории СССР в 1965—1988 гг. обозначены черными кружками.

21 сентября 1972 г. в Мурманской области был проведен первый взрыв по отработке технологии дробления руды. 26 октября 1973 г. камуфлетным взрывом была создана гигантская полость — «Кама» для захоронения промышленных стоков в Башкортостане. На 1 января 1996 г. там было захоронено 3−10⁷ м³ жидких промышленных отходов. Последний взрыв «Рубин» — скважина РН-1, был произведен 6 сентября 1988 г. в Архангельской области.

Особо следует упомянуть о 17 ядерных испытаниях, проведенных в скважинах в интересах отработки ядерных взрывных технологий для промышленных целей на площадке Азгир (Казахастан). Они знаменовали определенный прорыв в деле создания «чистых» ядерных зарядов. Согласно заявлениям специалистов, отработка ядерных взрывных технологий для промышленных целей в ходе прошедших испытаний позволила создать промышленные ядерные заряды, основанные только на реакции термоядерного синтеза.

Наиболее экологически опасные радионуклиды: продукты деления и трансурановые элементы при этом не образуются. Остаются только продукты активации, что существенно уменьшает возможные последствия загрязнения территорий. Несомненно, такие технологии открывают перспективу для решения самых тяжелых экологических проблем, связанных с утилизацией химического и бактериологического оружия, токсических и высокоактивных отходов промышленности. Для решения экологической составляющей этого комплекса проблем необходимо существенное продвижение в развитии теории экологического риска и опыт в применении ее на практике, а также и совершенствование принципа «затраты — эффективность».

Вместе с тем существует социальная и политическая неприемлемость какого бы то ни было использования ядерных зарядов. Однако мир полон социальных, политических, экономических и других конфликтов. Поэтому социальная и политическая ситуация непрерывно меняется. В принципе, неприемлемость может и исчезнуть. Технический же фактор — опасность загрязнения окружающей среды — существует объективно. Это необходимо всегда иметь в виду.

Ожидаемая коллективная эффективная доза в результате всех проведенных ядерных взрывов в атмосфере составляет около 3−10⁷ чел.-Зв. Время от времени отдельные ее составляющие меняются. Однако это происходит так, что уменьшение одних вкладов сопровождается увеличением вклада других и все в среднем не меняется. В табл. 8.3 представлены вклады всех радионуклидов в ожидаемую коллективную эффективную дозу от испытаний ядерного оружия в атмосфере. Бесконечный по времени интеграл, необходимый для подсчета ожидаемой коллективной дозы, берется таким, чтобы учесть распад всего ¹⁴С, имеющего Т_½ = 5730 лет, т. е. в течение —20 000 лет. Ожидаемая коллективная эффективная доза за период 10 000 лет составит 2,2−10⁷ чел.-Зв. Кроме ¹⁴С и трансурановых элементов через —200 лет после испытаний ничто измеримого вклада не дает. Поэтому в последнем столбце таблицы даны относительные вклады за период до 2200 г. когда суммарный вклад от ¹⁴С не превосходит 39%. Оценки воздействий в пределах первых 50 лет после окончания испытаний базируются на данных, представленных на рис. 8.7 и 8.8. Из табл. 8.3 ясно, почему ¹³⁷Cs является главным дозообразующим нуклидом для первых 100 лет после окончания испытаний. Не менее важно и то, что радиационная опасность для нас от двух продуктов активации: ³Н и ⁵⁴Мп существенно больше, чем от ²³⁹Ри и ²⁴¹Ат, которые в литературе часто представляют как главную опасность.

Подводя итоги, мы можем сказать, что все опасения и страхи, связанные с проводившимися испытаниями ядерного оружия, определяются в первую очередь не экологическими последствиями загрязнения окружающей среды радионуклидами, а имеют под собой социальную и моральную базы, рассмотрение которых не входит непосредственно в тематику учебника. Отрицательное отношение у значительной части общества ко всем проблемам, связанным не только с применением ядерных взрывов для гражданских целей, но и со всей атомной энергетикой, подогревалось и подогревается завесой секретности. Эта завеса, часто необходимая в военном и техническом планах, к сожалению, используется чиновниками в целях сокрытия халатности в их работе или даже преступлений. Например, известно, что имели место по крайней мере четыре аварийные ситуации при проведении таких взрывов, но о них многие годы ничего официально не сообщалось. Слухи же просачивались и, естественно, вызывали возмущение такого вида деятельностью.

Таблица 8.3

Ожидаемая коллективная эффективная доза для населения мира вследствие испытаний ядерного оружия в открытых средах.

В СССР первый ядерный взрыв был проведен 29 августа 1949 г., а последний — 24 октября 1990 г. Таким образом, ядерные испытания в СССР продолжалась 41 год и ~2 месяца.

зоз.

• [1] Согласно существующим моделям, 33% трития поступает к человеку из атмосферы, 53% из поверхностных вод, 13,3% из грунтовых вод и 0,7% из океанов.
• [2] Т. е. с учетом как различий в плотности населения в разных районах мира, таки различий в плотности выпадений.
• [3] Ожидаемая доза — это бесконечный по времени интеграл средних мощностейдозы облучения человека (или данной ткани) в результате, в нашем случае, ядерныхиспытаний. Фактическое облучение будет иметь место спустя многие годы после проведения взрывов, и ему будут подвергаться индивидуумы, которые еще не родилисьв момент проведения испытаний. Понятие ожидаемой дозы не содержит никаких допущений о зависимостях «доза — эффект» для данного типа облучения. Это всего лишьматематический инструмент для дополнительного учета неизбежных дозовых вкладов.
• [4] Взрывные эксперименты с ядерными зарядами, в которых количество выделеннойядерной энергии сравнимо с энергией химических взрывчатых веществ заряда, относятся к категории гидроядерных испытаний. Согласно общепринятой практике, онине относятся к ядерным испытаниям, за исключением тех случаев, когда такой результатимел место в специально запланированном ядерном испытании.
• [5] В период после 1964 г. в СССР в 146 испытаниях одновременно взрывалосьпо несколько ядерных устройств. Общее число ядерных взрывных устройств в этихиспытаниях составило 400 единиц, т. е. в среднем —2,7 устройства на одно испытание. Максимальное количество ядерных взрывов в составе одного ядерного испытания СССРсоставило восемь и было осуществлено 23 августа 1975 г. в штольне А-10 на Новозе-мельском полигоне.
• [6] По отечественным полигонам такой суммарной, международно признанной, информации нет.
• [7] 81 взрыв был проведен на территории России и 45 — в других районах.
• [8] Название американской программы Project Plowshare было призвано напомнитьизвестное изречение: «перекуем мечи на орала».
• [9] Для осуществления требовалось провести 200—300 взрывов. Срок строительства определялся в 4 года, а стоимость—1,5 млрд долл.
• [10] В техническом отношении этот параметр будет являться решающим при рассмо
• [11] трении возможности использовать подобные технологии в будущем. При проведении
• [12] трении возможности использовать подобные технологии в будущем. При проведении
• [13] подобного эксперимента в США — Sedan, делением было обусловлено 30% мощности
• [14] взрыва, т. е. продуктов деления было в 5 раз больше.
• [15] трении возможности использовать подобные технологии в будущем. При проведении