3. ДЖЕРЕЛА РАДІОАКТИВНИХ РЕЧОВИН ТА ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ

Величезна кількість радіоактивних ізотопів виникає при вибухах атомних бомб, котрих, починаючи з 1945 р., у світі було здійснено понад 2400 (543 наземних, 1876 підземних, 10 у космосі, деяка кількість підводних). Атомна бомба – це один з видів зброї вибухової дії з зарядом надзвичайно великої руйнівної сили, в основі котрого лежить саморозвиваюча ланцюгова реакція поділу урану 235Uабо 239Рu. Можливість виникнення та протікання такої реакції обумовлена тим, що при попаданні високоенергетичної частинки, наприклад, природної космічної або штучно одержаної – нейтрону, в ядро 235U або 239Рu при його поділу виникає не один, а 2–3 нові нейтрони. Кожний з них також має енергію, здатну викликати поділ інших ядер. Наступне покоління нейтронів індукує поділ чергової групи ядер і так далі – реакція розвивається лавиноподібно. Так, якщо припустити, що у кожному поколінні виникає тільки по два нейтрони, котрі призводять до поділу нових ядер, то через 80 поділів реакція, яка почалася з одного попадання, за мільйонні частки секунди призведе до розпаду усіх ядер у 1 кг 235U (приблизно 1020 атомів). Цей процес супроводжується виділенням величезної кількості енергії.

Звичайно не всі нейтрони, що виникають, викликають поділ ядер. Частина їх втрачається за межами об’ємної маси урану або плутонію. Якщо втрати дуже великі, то ланцюгова реакція розпочавшись зупиняється – затухає. Така імовірність тим вище, чим менша маса ті лінійні розміри речовини. Тому існує поняття критичної маси – найменша кількість речовини, що ділиться, при котрій може протікати само підтримуюча ланцюгова реакція поділу атомних ядер. Саме вона визначає величину ядерного заряду в атомній бомбі чи іншому виді атомної зброї – це приблизно 20–25 кг чистого 235U або 4–8 кг 239Рu.

Щоб вибух не відбувся випадково у непотрібний час в атомній бомбі 235U чи 239Рu розосереджується на дві чи більше частин. У потрібний момент за допомогою пристрою із звичайної вибухової речовини вся маса швидко збирається разом, що і призводить до ініціювання ланцюгової реакції і здійсненню атомного вибуху.

Природний уран, як вже згадувалось, являє собою суміш трьох ізотопів: 238U, вміст котрого складає близько 99,3%, 235U – приблизно 0,7% і 234U – лише 0,006%. Ланцюгова ж ядерна реакція може відбуватись тільки у відносно чистому 235U. Тому її здійснення передбачає спеціальне технологічне досить складне одержання (збагачення) 40–60%-го 235U. Що стосується 239Рu, то плутоній – це взагалі штучний елемент, котрий одержують з 238U. У природі він виявлений лише у надзвичайно мізерних кількостях в уранових рудах. Отже, ланцюгова ядерна реакція на Землі можлива тільки в штучних умовах.

Вибух атомної бомби одночасно супроводжується дією дуже потужної повітряної хвилі, надзвичайно інтенсивного світлового випромінювання, яке супроводжується виділенням величезних кількостей тепла, та іонізуючого випромінювання з наступним випадінням радіоактивних речовин.

Під час ядерної реакції поділу 235U або 239Рu виникає декілька сотень різних радіоактивних ізотопів. Серед них виділяють три групи штучних радіонуклідів. Першу групу утворюють радіонукліди, що виникають у реакціях поділу ядер 235U, 238U, 239Рu. Основні з них – це 89Sr і 90Sr, 95Nb, 95Zr, 103Ru і 106Ru, 129I і 131I, 134Сs і 137Сs, 140Ba, 140La, 141Се і 144Се. Другу групи складають радіонукліди-продукти наведеної радіоактивації, що виникають у результаті ядерних реакцій елементарних частинок  (в основному нейтронів) з ядрами атомів стабільних елементів, що входять у склад конструктивних матеріалів корпусів  боєголовок. Основні з них – 54Мn, 55Fе и 59Fе, 60Co, 65Zn. Третя група – радіонукліди-ізотопи трансуранових елементів, що виникають в результаті послідовних ядерних реакцій нейтронів і γ-випромінювань з ядрами атомів речовини, що ділиться, і наступного радіоактивного розпаду надважких ядер, що виникають при цьому. Радіонукліди цієї групи в основному α-випромінювачі – 237Nр, 238-241Рu, 241Аm і 243Аm, 242-244Сm, характеризуються високою радіотоксичністю і великими періодами піврозпадів.

Втім, переважна більшість штучних радіонуклідів, що утворюються при вибуху, короткоживучі – і при випробуваннях бомб в атмосфері практично розпадаються, не встигнув досягти поверхні Землі. За наступні 1,5–2 роки розпадається і переважна більшість середньоживучих. У радіоактивних випадіннях основне місце займають довгоживучі ізотопи 90Sr і 137Сs з періодами піврозпадів, відповідно, 29 і 30 років, а також  трансуранові елементи.

Згадана на початку цього підрозділу кількість атомних вибухів, що відбулася в світі, є, безперечно, суттєвим показником. Проте, кожний вибух вимірюється певною потужністю, яка варіює від 0,1 до 50 Мт. Сумарна потужність всіх вибухів, що були здійснені на нашій планеті, починаючи з 1945 р.,  склала близько 530 Мт. На рисунку наведена динаміка проведення випробувань атомної зброї і потужності вибухів по роках.

Звертає на себе  увагу зменшення кількості випробувань після 1963 р., як і типи випробувань. Саме в тому році був підписаний Московський договір про заборону випробувань атомної зброї в атмосфері, космічному просторі і під водою.

В цілому за рахунок випробувань атомної зброї в біосферу надійшла величезна кількість довгоживучих радіонуклідів штучного походження: 3Н – 2.4.1020 Бк (це значно більше, ніж його є у природі), 14С – 2,2.1017 Бк, 90Sr – 6.1017 Бк, 95Zr – 1,4.1020 Бк, 106Ru – 1,2.1019 Бк, 137Сs – 9,1.1017, 144Се – 3.1019 Бк, 239Pu – 6,5.1015 Бк. І хоча після припинення випробувань нові радіонукліди не виникають, довгоживучі старі залишаються і все живе на планеті, в тому числі і людина, піддається додатковому опроміненню іонізуючою радіацією, до якого, природно, ніяка екосистема не ще не встигла адаптуватись.