Difference between revisions 17744291 and 17744360 on fiwiki

'''Ydinräjähdyksen säteilyvaikutukset''' ovat [[ydinase|ydinpommin]] alkusäteilyn ja   laskeuman tappavia, sairastuttavia ja muita vaikutuksia, jotka voivat ulottua satojen kilometrien päähän räjähdyspaikasta. Ydinaseen säteily tulee alkusäteilynä ja jälkisäteilynä. Jälkisäteily ilmenee [[radioaktiivisuus|radioaktiivisena]] laskeumana, joka voi ulottua satojen, jopa tuhansien kilometrien päähän räjähdyspaikasta.

== Mittayksiköistä ==
Säteilyannoksen yksikkö on [[sievert]] Sv<ref>[http://www.stuk.fi/web/selkosivut/sateilyvaara-ja-suojautuminen/esimerkkeja-sateilyannoksista Esimerkkejä säteilyannoksista] STUK</ref>. 1 sievert on 1000 millisievertiä ja 1000000 mikrosievertiä.

Vanhoihin yksikköihin verrattuna 1 sievert on 100 [[rem]]iä (rem) ja 1 sievert on 100 [[Röntgeniä (yksikkö)|röntgeniä]] (R)<ref>Koivukoski 2003. s 76</ref>.

Säteilyannoksen nopeus eli annosnopeus ilmoittaa, kuinka voimakasta senhetkinen säteily on. Annosnopeuden yksikkö on sievert tunnissa eli SV/h. Vanhoja annosnopeuden yksikköjä ovat rad/h joka on 0.01 Sv/h ja R/h joka on myös 0.01  &nbsp;Sv/h.

Imeytyneen säteilyannoksen yksikkö on [[gray]] Gy. Se on energiatiheytenä mitattuna 1  &nbsp;J/lg. [[gammasäteily|Gamma-]] ja [[beetasäteily]]lle voidaan käytännössä yleensä olettaa, että 1 sievert vastaa 1 Grayta.  Yleensä tässä yhteydessä säteilystä puhuttaessa puhutaan gammasäteilystä, Mmutta [[alfasäteily|alfa-]] ja neutronisäteilylle käytetään kerrointa 10, jolloin esimerkiksi neutronisäteilylle 1 Gy on 10 Sv<ref>Koivukoski 2003. s 17</ref>. Vanha imeytyneen säteilyannoksen yksikkö on [[rad]], joka on 0.,01  &nbsp;Gy<ref>[http://news.mit.edu/2011/explained-radioactivity-0328 Explained: rad, rem, sieverts, becquerels A guide to terminology about radiation exposure] MIT NEWS, David L. Chandler, MIT News OfficeMarch 28, 2011</ref>.

Aktiivisuuden yksikkö on [[becquerel]] Bq. Vanha aktiivisuuden yksikkö on C[[curie (yksikkö)|curie]] Ci. 1 curie on 37 gigabecquerelia. Aineiden aktiivisuuksia ilmoitetaan esimerkiksi ykisiköissä Bq/kg tai Bq/m3, bq/m2. Tsh, Bq/m<sup>2</sup> tai Bq/m<sup>3</sup>. [[Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus|Tšernobylin aikeenaan]] Suomeen tuli enimmillään paikoin noin 80 kbq/m2&nbsp;kbq/m<sup>2</sup> laskeuma, mikä vastaa noin 5 mikroSv/tunnissa.   Säiteily oli enimmillään 0-20 kertaa normaalia taustasäteilyä voimkkaampaa.

=== Ekvivalenttiannos ===
[[Ekvivalenttiannos]]ta mitataan SI-yksiköissä [[sievert]]illä, lyhenne Sv. Säteilysairaus saattaa syntyä, jos ihminen saa säteilyä 0,35&nbsp;Sv. Kuolemat alkavat, jos annos ylittää 1,5&nbsp;Sv. Monesti käytetään säteilysairaudelle 0,5&nbsp;Sv ja joitakuita tappavalle 2&nbsp;Sv.

(contracted; show full)globalsecurity.org/wmd/intro/nuke-radiation.htm GlobalSecurity.org: Nuclear Weapon Radiation  Effects]</ref>. Jos säteily saadaan 30 päivässä, 1&nbsp;Gy aiheuttaa säteilysairauden. 2&nbsp;Gy aiheuttaa vakavan sairauden, johon voi kuolla. 3&nbsp;Gy tappaa yli 50&nbsp;% 30 päivässä. 10&nbsp;Gy tappaa kaikki päivien sisällä.<ref>[https://richardbrenneman.wordpress.com/2015/11/05/map-of-the-day-a-chilling-cold-war-legacy/ Map of the day: A chilling Cold War legacy]</ref>


=== Imeytynyt säteily ja ekvivalenttiannos ===
Imeytynyttä säteilyä mitataan yksiköllä gray.⏎
⏎
== Alkusäteily ==
Alkusäteily on merkittävä vain pienillä [[kilotonni]]luokan räjähteillä, jos kyetääniiden paineeltavaikutukselta kyetään suojautumaan. 

Yli 100  &nbsp;kt räjähteellä kuumuus ja paine tappavat kauempana kuin alkusäteily. Tällöin alkusäteilyn vaikutus peittyy paineaallon ja kuumuuden alle. Yhden megatonnin pintaräjähdys aiheuttaa sairastuttavan 150 millisievertin säteilyn 3,35  &nbsp;km päässä, ja   muutamassa tunnissa-muutamassa viikossa ilman hoitoa 50-90% tappavan  ⏎
⏎
5 5&nbsp;Sv säteilyn. Vertailun vuoksi   noin 50% kuolee yli 35  &nbsp;kPa:n painevaikutuksen aiheuttamiin rakennusten sortumisin ym. 4,58  &nbsp;km säteellä ja monet suojattomat saavat usein tappavia 3. asteen palovammoja 10,7  &nbsp;km pääsäsä räjähdyspisteestä. Mutta yYhden kilotonnin räjähteellä 35 kp&nbsp;kPa paine ulottuu 0,46  &nbsp;km päähän ja 3. asteen palovammat 0,5  &nbsp;km päähän. Mutta 50%-80  &nbsp;% tappava 5  &nbsp;Sv alkusäteily ulottuu 840  &nbsp;m päähän ja säteilysairautta aiheuttava 0,15  &nbsp;Sv säteily 1,49  &nbsp;km päähän.

== Jälkisäteily ==
{{kesken}}⏎
Varhaislaskeuma

<nowiki>**</nowiki>Lähilaskeuma

<nowiki>**</nowiki>Kaukolaskeuma

<nowiki>*</nowiki>Myöhäislaskeuma

== Tulipallo, sienipilvi ==
Kraatteria ei synny, jos räjäytyskorkeus on yli <math>7/Y^{0,33}</math> metriä, ja laskeuma vähenee, jos räjäytyskorkeus on ylin <math>55/Y^{0,4}</math> metriä.

Ydinräjähdyksen pilven yläreunan korkeus on <math>3000*Y^{1/4}</math> metriä. Niinpä kilotonnin pilvi nousee 3  &nbsp;km ja megatonnin pilvi 23&nbsp;km korkeuteen.   Toisten kaavojen mukaan pilven yläraueunan korkeus H&nbsp;10 minuuttia räjähdyksen jälkeen H on alle 20 kilotonnin räjähteellä <math>H = 3,365*10^{0,38}</math> ja alareunan korkeus <math>h = 1,76 *Y^{0,477}</math>

Pilven yläreunan korkeus yli   20 kilotonnin räjähteellä   ⏎
⏎
  ⏎
⏎
olisi <math>H > 6,6703*Y^{0,177}</math>     ja alareunan korkeus <math>h=4,4501Y^{0,159}</math>.   Sienipilven lakin alarajan korkeus on noin 2/3 koko korkeudesta.  

Pilven säde on 1&nbsp;kt räjähteellä 1&nbsp;km, 1&nbsp;Mt räjähteellä 15&nbsp;km. Niinpä pilven säteen yhtälö on <math>0,97*Y^{0,42}</math>.   

Yhden megatonnin pilvi vakautuu noin 10 minuutissa.

== 7-10-sääntö ==
Radioaktiivinen aines häviiää ajan mukana. Näin, koska radioaktiivisuus säteilee aineesta pois. Jotkut aineet pysyvät radioakttiivisina kymmeniä tuhansiea vuosia, toiset lyhyemmän ajan.⏎
⏎
⏎
⏎
  Ydinräjähteen tuottama radioaktiivinen aines menettää radioaktiivisuuttaan kekskimäärin nopeudella⏎
⏎
⏎
⏎
  <math>R_t=R_1 *t^{-1,2}</math>⏎
⏎
⏎
⏎
  jossa <math>R_1</math> on annosnopeus tunti räjähdyksen jälkeen, <math>T_t</math> annosnopeus   hetkellä <math>T</math> tuntia, <math>t</math> aika.<ref>Koivukoski 2003, s 74</ref> Yhtäläö on parin viikon sisään 25&nbsp;%:n tarkka, ja puolen vuoden sisään 50&nbsp;% tarkka. Yli puolen vuoden jaksolle kaavaa ei pitäisi käyttää.

Jos kyseinen yhtäläö ratkaistaan, huomataan radioaktiivisuuden heikkenevän 7-kertaisessa ajassa kymmenenteen osaansa<ref>Koivukoski 2003, s 109</ref>.

Niinpä 1 Sv/h annosnopeus pienenee parissa viikossa annosnopeuteen 1/1000 Sv/h, eli arvoon 1 mSv/h. Näin koska 7 tunnin päästä on 0,1 Sv/h, 7*7=49 tunnin päästä 0.01 Sv/h ja 7*7*7=543 tunnin päästä 0.001 Sv/h.

Käytännössä kaavassa käytetty eksponentti voi olla 1,2:n sijasta vaikkapa   -0,9 - -2,0.<ref>Koivukoski 2003, s 74</ref> Noin puolen vuoden päästä hajoaminen kiihtyy, ja eksoponentti on -2,6.

== Hiukkasten laskeutumisaika ==
Yli 400 mikrometrin hiukkaset putoavat pilvestä jo sen nousuvaiheessa. 40-400 mikrometrin hiukkaset synnyttävät varhaislaskeuman, koska ne leijuvat pitkään ilmassa. Noin 50&nbsp;% syntyneistä radioaktiivista aineista laskeutuu maahan 16 tunnin kuluessa räjähdyksestä. 24 tunnin kuluessa on laskeutunut maahan 50-80&nbsp;%<ref>Koivukoski 2003. s 72-73</ref>. Ilmassa leijuessaan hiukkaset menettävät radioaktiivisuuttaan ja tiheä hiukkaspilvi hajaantuu. Toisaalta hiukkaset kulkeutuvat tuulen mukana yhä kauemmas vaaraa aiheuttamaan.

== Vapautunut aktiivisuus ==
1 mMt pintaräjäytys ojossa fission osuus on 50 %  ho&nbsp;% höyrystyyää noin miljardi kiloa maata. Lisäksi suunnilleen 1000 kg &nbsp;kg aseen ainetta höyrystyy. Fissiotuotteita syntyy 30 kg ja aktivoitumistuotteita 50 kg<ref>Koivukoski 2003, s. 45</ref>. Ydinrähjähdyksessä ilmaan vapautuu<ref>[https://fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearcalculators/cloudmodel.pdf Fallout Model for the Robust Nuclear Earth Penetrator] Blake Purnell</ref> 

<math>A=530*1E6*W Ff*Fr</math>

jossa <math>A</math> aktiivisusu curieta, <math>W</math> ilmaistaan kilotonneina, <math>Ff</math> fission osuus, <math>Fr</math> kerroin.

<math>Ff</math> voi olla esim <math>1/2</math> ja <math>Fr 1/2</math>

Tämän mukaan yhden megatonnin räjähdys voi vapauttaa ilmekehään enintään 530 miljardia curieta jälkisäteilyä.

== Vaarallisen laskeuman kärki ==
Vaarallisen laskeumasektorin kärjen etäisyys alatuuleen räjähdyspaikasta saadaan kaavalla

<math>L = 1,164 \cdot Y^{0.473} \cdot u^{0.506}</math>.

Tässä <math>u</math> on tuulen nopeus yksikössä km/h (3,6·m/s) ja <math>Y</math> räjähdysvoima kilotonneina<ref name="Koivukoski_2003_78">Koivukoski 2003, s 78</ref>. Tällä vaarallisella alueella säteilyn annosnopeus on on yli 1&nbsp;mSv/h<ref name="Koivukoski_2003_123">Koivukoski 2003, s 123</ref>.

== Annosnopeus ja annos ==
Jos ensimmäisen tunnin annosnopeus kerrotaan neljällä-viidellä saadaan pitkän ajan annos, jos säteily heikkenee 7-10-säännön mukaan, eli eksponentti on 1.,2.

Niinpä ensimmäisen tunnin annosnopeus 0.1 Sv/h tuottaa vuodessa-parissa noin 0,5 Sv annoksen. 

== Laskeumaellipsit ==
[[Kuva:Acute-Radiation-Cell-Survival.png|thumb|right|250px|Akuutin säteilysairauden tappavuuskäyrä.]]Amerikkalaiset räjäyttivät vuonna 1954 Bikinin alueella 15 megatonnin räjähteen. Noin 0,02-0,5 millimetrin kalkkihiukkaset kulkeutuivat tuulen mukana 450x100 km alueelle. Noin 225x30 km alueella säteily oli tappavaa.   Tälläe alueelle   tuli neljässä vuorokaudessa yli 15 Sv.   Noin 250 km etäisyydellä noin puolet olisivat voinueet kuolla yli 10 Sv säteilyyn.   Tällä etäisyydellä   lumisadetta muistutatava laskeuma alkoi noin 8 tunnin kuluttua räjähdyksestä, jatkuen tuntikausia. 300 km etäisyydellä 5-10  % olisi  saattanut kuolla.   Tällä alueella   tuli neljässä vuorokaudessa  ainakin 5 Sv. Noin 350 km päsässä säteily ei olisi ollut enää tappavaa. 1Sv tuli vielä noin 460 km päsästä alatuuleen, 16 tunnin kuluttua räjähdyksestä. Pilvi ehti 250 km päähän noin 8 tunnissa.

[[Kuva:Fallout 1hr doserate 1mt burst 15mph.svg|thumb|right|250px|Yhden megatonnin räjähdyksen laskeuman säteilyn annosnopeus, kun tunti laskeuman saapumisesta on kulunut. Tuuli 6.7 m/s, fissiota 100%.]]
[[Kuva:Fallout 30days 1mt burst 15mph mortality.svg|thumb|250px|1 megatonnin räjähdyksen aiheuttama kuolleisuus, kun tuuli on 6.,7 m/s ja räjähdyksessä fissiota 100%.]]

Teoreettiset laskeumaellipsit: 1 megatonnin räjähdys, navakka tuuli 7 m/s<ref>[https://nuclearsecrecy.com/nukemap/?&kt=1000&lat=40.72422&lng=-73.99611&airburst=0&hob_ft=0&fallout=1&fallout_rad_doses=1,3,10,30,100,300,1000&rad_doses=1,3,10,30,100,300,1000&zm=11 Nukemap 1000 kt ]</ref><ref>Harney, Robert [https://www.hsaj.org/articles/97 Inaccurate Prediction of Nuclear Weapons Effects and Possible Adverse Influences on Nuclear Terrorism Preparedness]</ref> puhaltaa samaan suuntaan, ei sateita.

Muutamassa päivässä suojattoman tappava alue on tällöin noin 200x60 km, noin 7020 km2&nbsp;020&nbsp;km<sup>2</sup>. Ihmisiä kuolee vielä alun annosnopeudella 300 mSv/h, jonka ellipsi ulottuu 260x60 km alueelle. Säteilysairaus tulee vielä   825x77 km alueella, jolla tulee 70 mSv/h<ref>[https://nuclearsecrecy.com/nukemap/?&kt=1000&lat=40.72422&lng=-73.99611&airburst=0&hob_ft=0&fallout=1&fallout_rad_doses=7,30,120&rad_doses=7,30,120&zm=11 Nukemap by Alex Wellerstein]</ref>. Paljon kauempana tarvitaan suojautumista syöpäriskin takia.
 
{| class="wikitable" style="float: margin: 0 0 0.5em 0.5em; text-align: center;"
!Annosnopeus <br> (Sv/h)
!Pituus km <br>alatuuleen
!Leveys km 
!Vaikutus terveyteen
|-
|10||92.8||12.8 ||Kuolema keskimäärin minuuteissa
|-
|3||149 ||28.3 ||Kuolema keskim. muutamassa tunnissa
|-
|1||201 ||42.5 ||Kuolema keskim. muutamassa päivässä
|-
|0,3||257 ||58 ||Äkillinen säteilysairaus muutamassa päivässä (annos <1.2 Sv)
|-
|0,1 (100 mSv/h)||308||72.2 ||Luultavasti ei säteilysairautta (<0.5 Sv)
|-
|0,03 (100 mSv/h)||365|| 87.7|| Luultavasti ei säteilysairautta (<0,15 Sv/h)
|-
|0.01 (10 mSv/h)||416|| 102 ||Ei säteilysairautta, kohonnut syöpäriski (<0.05 Sv), syöpäriskin lisäys 0,4% 30 vuodessa
|}

300 msv/h annosnopeus, mikä vastaa noin 1,5 Sv kokonaisannosta, juuri ja juuri tappava,   7 m/s tuuli, fission osuus 100%, pintaräjähdys<ref>Nukemap</ref>

Voima Pituus km Leveys km

#1 kt 17,9 km 1,41 km
#3  28,1 1,92
#10 kt 46 3,1
#30 kt 70,2 6.14
#100 kt 112 14,4
#300 kt 167 27.2
#1 Mt 257 58
#3 Mt 377 80
#10 Mt 569 131
#30 Mt 824 172
#100 Mt 1230 266

Tuulen nopeuden vaikutus 1 Mt maanpintaräjähdys, fissio 100%, 300 Sv/h juuri ja juuri tappava kokonaisannos

Nopeus Pituus 

#1,3 m/s 154 km
#3,5 m/s 188 km
#5 m/s 223 km
#7 m/s 257 km
#10 m/s 291 km
#14 m/s 321 km
#20 m/s 385 km

== Laskeuman kaavoja ==
===Laskeuman saapumisaika ja teoreettinen yläraja===
Jos laskeuma on on 93 km päässä 6,7 m/s (24 km/h) tuulella 10 Sv/h, se alkaa teoriassa 3,8 tunnin kuluttua räjähdyksestä. Laskeuman teoreettinen yläraja 180 km päässä on saman logiikan mukaan⏎
⏎
  2 Sv/h, koska sen voimakkuus on 1000/(3.8^1.2,8<sup>1,2</sup>), jossa 1,2 on keskimääräinen puoliintumiseksponentti, kantaluku aika ja jaeattva alkuperäinen annosnopeus.

=== Millä etäisyydellä suurin annos ===
Laskeuman maksimiannos saadaan etäisyydellä

<math>D_max=0,256*pow(s,0,58)*pow(W,0,42)</math>

Jossa Dm on tuhansia jalkoja, s tuulen nopeus solmua ja W kilotonneja<ref name="Anderson_1961">[http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469(1961)018%3C0431:ATFCIF%3E2.0.CO%3B2 A theory for close-in fallout] Albert D Anderson, Journal of meteorology, August 1961, Wol 18 No 4, s.411 </ref>.

Toisaalta maksimiannos Rm on

<math>Rm=6400*pow(s,0.718)*pow(W,0.233)</math>

===Laskeuman kesto===
Laskeuman huippu saavutetaan hetkellä<ref>Koivulehto 2003, s 78-79</ref>

<math>th=a*ta</math>, jossa

<math>a</math> on keskimäärin 2, jos lakseuma kertyy keskimääräistä vauhtia.

laskeuma kestää vielä huipun jälkeen

<math>tp=a*ta+tp</math>.

<math>b</math> on keskimäärin noin 3,75

Tällöin jos lakskeuma saapuu 4 tunnin kuluttua, laskeuma saavuttaa huippunsa 8 tunnin kuluttua räjähdyksestä, ja kestää suunnileleen hetkeen 11,75 tuntia räjähdyksestä. Laskeuman kesto on näin ollen 7,75 tuntia. <math>a</math> voi olla välillä 1,25-3,5, ja <math>b</math> välillä 1,5-7. 

=== Laskeuman viipymisaika ===

Viipymisaika on   aika, joka kuvaa laskeuman vähenemistä  

<math>T=0,43*h^{0,8}</math>

jossa T on viipymisaika ja h sienipilven pilven alarajan korkeus 10 minuutin kuluttua räjähdyksestä. Tämä aika on 1 magatonnin räjähteellä noin 3,8 tuntia. 

===Teoreettisen laskeuman kaavoja===
Nukemapin teoreettisia kaavoja 1 Sv/h annosnopeutta vastaava etäisyys alatuuleen, räjähdyksessä 100% fissiota<ref>Nukemap ja laskema</ref>

<code>R_1_Sv=Y^0,25*u^0,25*3,92</code>

jossa R_1:Sv on 1 Sv:tä vastaava etäisyys alatuuleen, Y räjähdysvoima kt ja   u tuulen nopeus mailia tunnissa. Annosnopeus vähenee 1/10 osaansa matkalla<ref>Nukemap ja laskema</ref>

<code>dR_1_10=10,7*Y^0,25*u^0,25</code>

jossa dR_1_10 on etäisyys, jossa alun annosnopeus vähenee alatuuleen mentäessä 1/10 osaansa,Y räjähdysvoima kt ja   u tuulen nopeus mailia tunnissa.

Hyvin likimääräinen kaava annosnopeuden 1 Sv/h ellipsin suurimmalle leveydelle.<ref>Nukemap ja laskema</ref>

<code>W_1Sv=0,46*Y^0,65</code>

jossa W_1Sv on alussa vähintään 1 Sv/h annosnopeuden alueen suurin leveys,Y räjähdysvoima kt ja   u tuulen nopeus mailia tunnissa. Kaava likimääräinne. Eksponentti voi olla välillä 0,52-0,66, keskimäärin 0,6.

1/10 käyrien väli 1Sv,0,1 Sv jne välimatka poikittain tuulen suuntaan on<ref>Nukemap ja laskema</ref>

<code>dW_1_10=10,7*Y^0,25</code>

jossa dW_1_10 on etäisyys, jossa alun annosnopeus vähenee alatuuleen mentäessä 1/10 osaansa,Y räjähdysvoima kt.

==Glassstonen laskeumaellipsejä ==
Glasstonen laskeumaellipsejä, kun tuulen nopeus on 6.,7 m/s ja räjähdysvoima 1 Mt

1 Sv/h ellipsin pituus

<math>dist_1svh=8.9*1.609*pow(w,0.45)</math>

ja leveys

<math>width_1svh=1.609*0.38*pow(w,0.60)</math>

ja 1 SVv/h paikallislaskeuman leveys

<math>width_gs_1svh=0.39*1.609*pow(w,0.42)</math>

Tuulen nopeuden vaikutus

Tässä 

u_mph=15.0 ja f_skale=1.0

<pre>
if (u_mph>15):
	f_skale=1.0+(u_mph-15.0)/60.0

if (u_mph<15):
	f_skale=1.0+(u_mph-15.0)/30.0

dist_skaled_1svh=f_skale*dist_1svh
</pre>

muita Glasstonen 1977 ellipsejä

<pre>
width_gs_3svh=0.20*1.609*pow(w,0.48)
dist_3svh=4.5*1.609*pow(w,0.45)
width_3svh=0.13*1.609*pow(w,0.66)
width_gs_300msvh=0.53*1.609*pow(w,0.41)
dist_300msvh=16.0*1.609*pow(w,0.45)
width_300msvh=1.609*0.76*pow(w,0.56)
width_gs_100msvh=0.68*1.609*pow(w,0.41)
dist_100msvh=24.0*1.609*pow(w,0.45)
width_100msvh=1.4*1.609*pow(w,0.53)
dist_30msvh=30.0*1.609*pow(w,0.45)
width_30msvh=2.2*1.609*pow(w,0.50)
width_gs_30msvh=0.89*1.609*pow(w,0.41)
</pre>

== Katso myös ==
*[[Ydinräjähdyksen vaikutukset]]

== Lähteet ==
{{Viitteet|Sarakkeet}}

[[Luokka:Ydinaseiden vaikutukset]]