Файл: Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии.pdf

воздуха Подмосковья находилась на частицах диамет­

мелких частицах, что находится в хорошем соответствии с существующими представлениями о формировании аэрозолей в облаке ядерного взрыва.

Связь между активностью аэрозольных частиц и их размером

Сисефский [287], используя технику измерения раз­ меров радиоактивных частиц на оптическом микроско­ пе, проанализировал размеры и активность 950 горячих частиц от ядерных испытаний 1957 г. Исследованные частицы имели размер в пределах 0,2—5 мкм, причем, хотя экспериментальным данным присущ большой раз­ брос, что свидетельствует о различной удельной актив­ ности частиц, в целом они указывают на прямую про­ порциональность активности частиц их массе. Средняя удельная активность частиц возрастом 120 дней равна 1,2 кюри/г. Другие авторы (например, работа [374]) со­ общают менее подробные данные о размере и актив­ ности частиц.

Бенсону и др. [375] удалось показать, что ß-актив- ность частиц размером более 2 мкм возрастает пропор­ ционально кубу размеров. Показатель степени в зави­ симости активности частиц от размера для трех воздуш­ ных взрывов составил 3,06± 0,08; 3,22± 0,16 и 3,01 ±0,30.

Это означает, что активность на единицу объема частиц различного размера для любого взрыва примерно по­ стоянна.

В другой работе тех же авторов [376] получено,что зависимость активности 140Ва в частицах от их размера также выражается степенным законом с показателями 2,63 ±0,24 и 2,32 ±0,50 для двух взрывов соответственно,

нием 140Ва, имеющего летучих предшественников [377].

126

более низкую удельную активность, чем частицы от ядерных испытаний 1961—1962 гг. Эти данные под­ тверждаются также сообщением Мамуро и др. [379]. По данным работы [377], удельная активность частиц дальних выпадений от воздушных взрывов в ІО4—ІО7раз выше удельной активности таких же частиц от назем­ ных взрывов.

Плотность радиоактивных частиц

Из данных рентгеноспектрального микроанализа сле­ дует, что радиоактивные частицы выпадений ядерных взрывов, состоящие в основном из окислов железа и алюминия, должны обладать плотностью в диапазоне 4— 5 г/смъ [322]. Прямое экспериментальное определение плотности частиц выпадений размером от 4 до 16 мкм [353] показало, что для трех воздушных ядерных взры­ вов плотность р равна соответственно 3,75 ±0,42; 3,60 ±0,22 и 3,88 ±0,28 г/см3, т. е. во всех случаях ниже теоретически предсказываемой величины 4,0—5,0 г/см3. Авторы объясняют полученные результаты аморфной природой большинства исследованных частиц, что под­ тверждается отсутствием дифракции электронов, а так­ же наличием в их материале некоторого числа микро­ полостей.

По оценке Фрейлинга и др. [380], доля объема, за­ нятая газовыми включениями, составляет в крупных ча­ стицах от 5 до 44 %.

Изотопный состав горячих частиц. Фракционирование продуктов ядерного взрыва

Изучение изотопного состава горячих аэрозольных частиц глобальных выпадений показало, что в их составе обнаруживаются такие продукты деления, как 9SZr + 95Nb, 144Ce + 144Pr, "Mo, 140La, I47Nb [79], 137Cs [172], и продукты нейтронной активации конструкционных материалов, та­ кие, как 59Fe и 54Мп [172]. При этом различными иссле­ дователями было показано, что наиболее крупные радио­ активные частицы локальных и глобальных выпадений состоят лишь из нескольких изотопов, а чаще всего из

95Zr + 95Nb и 141+144Се [79, 264, 289, 294, 382—387]. Кроме того, замечено, что мелкие частицы обогащены (по срав-

127

нению с крупными частицами) такими изотопами, как

89Sr, 140Ва [388—390], а также 90Sr [391].

Типичная спектрограмма у-излучения горячей аэро­ зольной частицы показана на рис. 4.3. В у-спектре пик при энергии 0,76 Мэв, соответствующей у-излучению 95Zr + 95Nb, намного превышает пик при энергии 0,13 Мэе (144Се), что объясняется повышенным содержанием в

составе частицы 95Zr [264]. В спектре практи­ чески нет линии 0,5 Мэв, обусловленной изотопом

103Ru.

Важной чертой, ха­ рактеризующей радиоак­ тивные частицы при на­ земных взрывах, является наличие двух типов ча­ стиц: прозрачных сфери­ ческих частиц желто-зе­ леной окраски, образую­ щихся при взаимодейст­ вии конденсирующихся продуктов деления, кон­ струкционных материалов бомбы с веществом по­ верхности Земли, и не­ прозрачных частиц непра­ вильной формы, образую­ щихся в периферических зонах огненного шара в результате оплавления

минеральных крупинок почвы [390]. Поскольку углова­ тые частицы захватывают продукты деления в более холодных частях огненного шара и в более поздний период, их состав обогащается радиоактивными изото­ пами, имеющими газообразных или летучих предшест­

базируется на относительном содержании в частице (или пробе в целом) изотопов 95Zr и 89Sr.

Эти изотопы выбраны по двум причинам.

128

аэрозольных частицах локальных выпадений, образо­ вавшихся в результате наземного ядерного взрыва, вы­ полнено в работах [392, 393].

В дальних выпадениях от наземного ядерного взры­ ва в отличие от воздушного в частицах наблюдается обеднение изотопами, имеющими в массовых цепочках нелетучих родоначальников, и обогащение изотопами, имеющими летучих родоначальников (обратный, или второй, тип фракционирования [394, 395]). Коэффи­ циент фракционирования достигает при этом для 1311 9—13, для 103Ru 15—60. Это может быть объяснено тем, что при наземном взрыве в зонах, прилегающих к ме­ сту взрыва, с крупными частицами, в которых изотопы фракционируют по первому типу, выпадает значительно больше изотопов, имеющих тугоплавких родоначальни­ ков, нежели изотопов, имеющих летучих родоначальни­ ков [396].

В дальних выпадениях при подземных взрывах с ча­ стичным выбросом радиоактивности в атмосферу, также как и при наземных взрывах, наблюдается обратное фракционирование, однако несколько более ярко выра­ женное [397]. В работе [398] показано, что коэффи­ циент обогащения летучих изотопов (по отношению к 147Nd) в облаке подземного ядерного взрыва («Денибой») достигает через 8 мин после взрыва для 140Ва 39, для 137Cs 125, через 138 мин— 155 и 775 соответственно.

Способ приближенной прогностической оценки коэф­ фициента обратного фракционирования в дальних выпа­ дениях от подземного ядерного взрыва приведен в рабо­ те советского исследователя Ю. А. Израэля [396].

Б. И. Стыро и др. [275] обнаружили 62 а-излучаю- щие аэрозольные частицы, которые не содержат замет­ ных количеств ß- и у-излучателей. Средняя а-активность аэрозольных частиц — около 10~15 кюри, максималь­ ная— 2,6-ІО-13 кюри. Авторы оценили средний диаметр частиц величиной 10 мкм. Для идентификации а-излуча- телей был оценен энергетический спектр по длинам a-треков в ядерной эмульсии. Вычисления показали, что a-активные горячие частицы неоднородны и могут содер­ жать такие долгоживущие изотопы, как 239Pu, 235U, 238U

и232Th. Авторы работы [399] в составе радиоактивных частиц от ядерных испытаний 1962 г. и ядерных взрывов

вКитае в октябре 1964 г. и мае 1965 г. обнаружили 239Ри

и240Ри.

130