СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЦИОННО ОПАСНОГО РАЙОНА МЕСТНОСТИ, СФОРМИРОВАВШЕГОСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙТРОННОГО ОРУЖИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01T1/169 

Использование: в наземной радиационной разведке (РР) местности на основе метода спектрометрического анализа. Сущность: обнаружение координат и площади радиационно опасных районов местности, образовавшихся в результате воздействия проникающей радиации взрыва нейтронного боеприпаса путем измерения интенсивности излучения радионуклидов активации по трем точках на местности, кроме того, способ позволяет определять время взрыва путем измерения отношения интенсивности излучения данных радионуклидов, а также мощность и калибр примененного боеприпаса.

Технический результат - получение исходных данных о пространственно-временных характеристиках взрыва нейтронного боеприпаса, используемых для решения задач по выявлению радиационной обстановки (РО) при применении противником ядерного оружия.

Изобретение относится к области применения методов выявления и оценки масштабов и последствий применения противником ядерного оружия, а именно к разработке способа выявления пространственно-временных характеристик радиационно опасных районов местности, образовавшихся в результате воздействия проникающей радиации взрыва нейтронного боеприпаса, основанного на использовании спектрометрического метода.

Основной задачей выявления РО при применении ядерного оружия является получение данных о радиационно опасных участках местности, которые позволяли бы своевременно и целенаправленно привести в действие комплекс мероприятий по защите войск и населения от воздействия ионизирующего излучения.

Существует два вида радиационно опасных участков (зон, районов) местности, формирующихся в результате проведения различных видов и типов ядерных взрывов - местность, загрязненная продуктами радиоактивного распада (РЗМ), и районы с наведенной активностью, образующиеся в результате воздействия проникающей радиации. Наибольшие дозы излучения формируются в различных зонах РЗМ, образованных наземными ядерными взрывами, существует множество методов оценки степени их опасности.

Наиболее опасные в радиационном отношении районы с наведенной активностью грунта образуются в результате низких воздушных взрывов нейтронных боеприпасов, где на долю проникающей радиации приходится 50-80% мощности взрыва [Дозиметрия ионизирующих излучений ядерных взрывов [Текс]: учебник. / Под ред. Б.А.Шестерикова. - М.: ВАХЗ, 1976. - 465 с.]. Личный состав и население, находящиеся в данных районах в первые сутки после взрыва, могут получить дозу излучения, достигающую десятков рад, что в последующем должно обязательно учитываться в ходе оказания медицинской помощи и оценке боеспособности воинских подразделений [Справочник по поражающему действию ядерного оружия. Часть 2. Выявление и оценка наземной радиационной обстановки при ядерных взрывах [Текст]: справочник. - М.: Воениздат МО, 2003. - 152 с.].

Основными отличиями радиационно опасного района, сформировавшегося при применении нейтронного оружия от обычных видов ядерных боеприпасов, является повышенная интенсивность излучения «активационных» радионуклидов (в 6-10 раз) и отсутствие радиоактивного загрязнения местности продуктами ядерного распада [Дозиметрия ионизирующих излучений ядерных взрывов [Текс]: учебник. / Под ред. Б.А.Шестерикова. - М.: ВАХЗ, 1976. - 465 с.]

Главным источником получения исходных данных о параметрах и координатах ядерных взрывов (ЯВ) в общей системе выявления РО является подсистема засечки ЯВ. На основе данных, предоставляемых подсистемой засечки (пространственные координаты, вид, мощность и время взрыва), решается комплекс задач по оценке РО, ее прогнозированию, определению масштабов и последствий ядерных ударов (ЯУ) [Справочник по поражающему действию ядерного оружия. Часть 2. Выявление и оценка наземной радиационной обстановки при ядерных взрывах [Текст]: справочник. - М.: Воениздат МО, 2003. - 152 с.]. Основными средствами засечки ЯВ в оперативном и стратегическом звеньях войск являются комплексы К-612-ОК и К-191-Р. Однако все они морально устарели и сняты с производства.

Таким образом, в настоящее время в системе выявления РО не существует эффективных войсковых методов засечки взрывов малых и сверхмалых калибров нейтронных боеприпасов. Кроме того, существующие руководящие документы [Справочник по поражающему действию ядерного оружия. Часть 2. Выявление и оценка наземной радиационной обстановки при ядерных взрывах [Текст]: справочник. - М.: Воениздат МО, 2003. - 152 с., Справочник по выявлению и оценке радиационной обстановке [Текст]: справочник. - М.: Воениздат МО, 1990. - 176 с.] также не содержат способов и методов выявления РО при применении противником нейтронного оружия.

Так как на сегодняшний день эффективных способов, позволяющих получать исходные данные для оценки масштабов и последствий поражающего действия нейтронного оружия, в доступной литературе не обнаружено, реализация предлагаемого способа позволит иметь возможность получения наиболее полной информации о применении данного типа ядерных боеприпасов, что будет являться весомым дополнением для решения задачи повышения полноты выявления РО при применении противником ядерного оружия.

Аналогом предлагаемого способа может являться способ определения времени подрыва ЯБП на основе метода спектрометрического анализа спектров продуктов деления, реализованный в специализированной программе обработки спектров, используемой в полевом бета-гамма-спектрометре (ПБ-ГС), принятом на снабжение войск РХБ защиты [Руководство по эксплуатации полевого бета-гамма-спектрометра (ПБ-ГС) [Текст]. - СПб.: ЦНИИ РТК, 2002. - 140 с.]. При этом данный способ не подразумевает решения задачи определения границ радиоактивного загрязнения и основан на использовании данных о радионуклидном составе продуктов деления типового атомного боеприпаса. Кроме того, данный способ позволяет осуществлять грубо-приближенную оценку возраста продуктов ЯВ (например, от 30 до 60 сут.).

Таблица 1 Изменение относительной активности «активационных» радионуклидов, образующихся в почве, % Изотоп Время после ядерного взрыва, ч 0 0,5 1 2 4 12 24 ²⁸Al 97,6 0,3 - - - - - ⁵⁶Mn 1,5 62,2 60,2 56,0 46,0 19,6 2,8 ²⁴Na 0,6 26,8 29,3 33,7 43,7 71,2 91,1 ⁵⁹Fe менее 0,01 ⁵⁴Mn менее 0,01

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Известно, что в процессе активации грунта проникающей радиацией ядерного взрыва образуются следующие элементы: ²⁸Al, ⁵⁶Mn, ⁵⁴Mn, ²⁴Na, ⁵⁹Fe [Дозиметрия ионизирующих излучений ядерных взрывов [Текс]: учебник. / Под ред. Б.А.Шестерикова. - М.: ВАХЗ, 1976. - 465 с.]. Относительная активность данных радионуклидов в различные промежутки времени после взрыва приведена в таблице 1.

Из данных, приведенных в таблице 1, следует, что в первые минуты после взрыва основная активность определяется радиоактивным распадом ²⁸Al. Однако через 20-30 мин после взрыва наведенная активность в грунте будет обусловлена радиоактивным распадом ⁵⁶Мп и ²⁴Na. Активность ⁵⁹Fe и ⁵⁴Mn невелика и в практических расчетах может не учитываться.

Решение задачи обнаружения координат и размеров радиационно опасного района лежит в области применения спектрометрического метода. На фиг.1 представлен числовой спектр основных дозообразующих радионуклидов, присутствующих в грунте на 1 час после взрыва нейтронного боеприпаса, который наглядно показывает, что при выявлении данного вида спектра в нескольких точках местности появляется принципиальная возможность обнаружения границы радиационно опасного района и определения времени взрыва.

Указанный выше технический результат достигается использованием следующего порядка действий.

1. В ходе ведения РР в предполагаемом направлении произведенного взрыва нейтронного боеприпаса (Фиг.2) регистрируется точка 1, в которой техническое средство выявляет наличие излучения ⁵⁶Mn и ²⁴Na с минимально-регистрируемой интенсивностью, определяемой техническими возможностями спектрометрического комплекса и скорости движения носителя (человек, автомобиль и т.д.). Координаты данной точки наносятся на карту (заносятся в память навигационной аппаратуры системы GPS, ГЛОНАСС). Изменив направление движения, так как указано на фиг.2, определяются точки 2 и 3 с интенсивностью излучения, равной значениям, полученным в точке 1. Таким образом, формируется геометрическая фигура в виде вписанного в окружность треугольника, центром полученной окружности будут являться координаты эпицентра взрыва.

Радиус радиационно опасного района определяется по формуле (I)

где a, b, с - длины сторон вписанного треугольника;

р - полупериметр вписанного треугольника.

По формуле (2) определяется площадь радиационно опасного района

2. Определение времени взрыва проводится одновременно с появлением данных об обнаружении границы радиационно опасного района. Для решения данной задачи определяется отношение интенсивности излучения радионуклидов ⁵⁶Mn и ²⁴Na в грунте, т.е. любому значению t соответствует определенное значение

Изменение интенсивности основных радионуклидов, образующихся в грунте под воздействием проникающей радиации, представленное на фиг.3, позволяет утверждать, что возможность определения времени взрыва будет достоверно сохраняться в течение почти 24 ч.

Полученные величины отношений интенсивностей излучения ⁵⁶Mn и ²⁴Na на разные моменты времени представлены на фиг.4.

3. По формуле (4) определяем удельную активность ⁵⁶Mn и ²⁴Na

где - плотность грунта, г/см³;

F_н - флюенс нейтронов, нейтр./см²;

C_i - весовая доля активируемого i-го элемента в грунте, %;

C_k - весовая доля активируемого радионуклида в природной смеси изотопов данного химического элемента, %;

M_i - масса грамм-атома i-го элемента, г;

σ_k - поперечное сечение активации, см²;

λ_k - постоянная распада образовавшегося радионуклида, ч^-1;

t - время с момента взрыва, ч.

Так как удельная активность равна наведенной, пересчитываем полученные значения активности радионуклидов ⁵⁶Mn и ²⁴Na на момент взрыва t₀ в соответствии с законом радиоактивного распада

где A(t)_нав - наведенная активность в грунте на время t, ч после ядерного взрыва, Ки;

A₀ - наведенная активность в грунте в момент взрыва, Ки;

C_Mn, C_Na - относительное содержание марганца и натрия соответственно, %.

В соответствии с данными, приведенными в таблице 2, получаем приближенную мощность взрыва q_НБП

где - наведенная активность ⁵⁶Mn в грунте на время t₀;

- наведенная активность ⁵⁶Mn в грунте на единицу мощности взрыва, Ки/т;

Таблица 2 Характеристики основных радионуклидов наведенной активности, образующихся в грунте среднего состава на момент взрыва Радионуклид Период полураспада Т_1/2 Постоянная распада радионуклида λ_k (ч^-1) Поперечное сечение активацииσ_k (см²) Весовая доля активируемого элемента в грунте, % Весовая доля активируемого радионуклида в природной смеси, % Наведенная активность на единицу мощности взрыва, A_Eγ(q)_нав (Ки/т) 14,9 ч 0,046 0,013·10^-24 2,5 100 4,0·10³ 2,58 ч 0,268 0,10·10^-24 0,1 100 1,0·10⁴

Калибр нейтронного боеприпаса определяется по таблице 3

Таблица 3 Калибры ядерных боеприпасов Калибр ядерного боеприпаса Тротиловый эквивалент, тыс.т Сверхмалый до 1 Малый 1-10 Средний 10-100 Крупный 100-1000 Сверхкрупный >1000

Полученные данные формализуются и отправляются в пункты сбора и обработки информации.

В настоящее время необходимыми техническими возможностями, позволяющими использовать данный способ, обладает полевой бета-гамма-спектрометр ПБ-ГС.

Изобретение относится к области применения методов выявления и оценки масштабов и последствий применения противником ядерного оружия. Для определения местоположения радиационно опасного участка выявляют определенный вид спектра излучения радионуклидов ⁵⁶Мn и ²⁴Na в трех точках местности с фиксированной величиной интенсивности излучения, вычисляют отношение полученных интенсивностей излучения данных радионуклидов и их удельную активность для получения данных о времени взрыва и мощности, а также о калибре примененного боеприпаса. Технический результат - получение исходных данных о пространственно-временных характеристиках взрыва нейтронного боеприпаса, используемых для решения задач по выявлению радиационной обстановки (РО) при применении противником ядерного оружия. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

1. Способ выявления пространственно-временных характеристик радиационно опасного района местности, сформировавшегося в результате применения нейтронного оружия, заключающийся в определении координат и размеров радиационно опасного района, определения времени взрыва, мощности и калибра используемого боеприпаса, отличающийся тем, что для определения местоположения радиационно опасного участка выявляют определенный вид спектра излучения радионуклидов ⁵⁶Мn и ²⁴Na в трех точках местности с фиксированной величиной интенсивности излучения, вычисляют отношение полученных интенсивностей излучения данных радионуклидов и их удельную активность для получения данных о времени взрыва и мощности, а также по тротиловому эквиваленту о калибре примененного боеприпаса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения местоположения радиационно опасного района и времени взрыва используется спектр радионуклидов, образовавшихся в результате активации грунта проникающей радиацией взрыва нейтронного боеприпаса.