Revision 17094868 of "Ydinräjähdyksen säteilyvaikutukset" on fiwiki

'''Ydinräjähdyksen säteilyvaikutukset''' ovat ydinpommin alkusäteilyn ja  askeuman tappavia, sairastuttavia ja muita vaikutuksia, jotka voivat ulottua satojen kilometrien päähän räjähdyspaikasta. Ydinaseen säteily tulee alkusäteilynä ja jälkisäteilynä. Jälkisäteily ilmenee 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 remiä (rem) ja 1 sievert on 100 Röntgeniä (R)<ref>Koivukoski 2003. s 76</ref>.

Säteilyannoksen nopeus 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 Sv/h.

Imeytyneen säteilyannoksen yksikkö on gray Gy. Se on energiatiheytenä mitattuna 1 J/lg. Gamma- ja beetasäteilylle voidaan käytännössä yleensä olettaa, että 1 sievert vastaa 1 Grayta.  Yleensä säteilystä puhuttaessa puhutaan gammasäteilystä, Mutta alfa- ja neuronisäteilylle käytetään kerrointa 10, jolloin esimerkiksi neuronisäteilylle 1 Gy on 10 Sv<ref>Koivukoski 2003. s 17</ref>. Vanha imeytyneen 
säteilyannoksen yksikkö on rad, joka on 0.01 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 Office
March 28, 2011
 </ref>.

Aktiivisuuden yksikkö on becquerel Bq. Vanha aktiivisuuden yksikkö on Curie Ci.
1 curie on 37 gigabecquerelia. Aineiden aktiivisuuksia ilmoitetaan esimerkiksi ykisköissä Bq/kg tai Bq/m3, bq/m2.
Tshernobylin aikeen Suomeen tuli enimmillään paikoin noin 80 kbq/m2 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 saatta syntyä, jos 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.

Ekvivalenttiannoksen osalta yli 6 sievertiä (Sv) saattaa tappaa, ja yli 8&nbsp;Sv tappaa alle 1–4 viikossa<ref>[http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3315359/How-survive-nuclear-fallout-Experts-reveal-basics-living-world-riddled-radiation-simple-way-tell-ve-exposed.html How to survive a nuclear fallout: Experts reveal the basics of living in a world riddled with radiation and the simple way to tell if you've been exposed]</ref>. Annosnopeuden osalta yli 1 mikrosievertiä tunnissa vaatii suojautumista<ref>[http://technologypals.com.au/archives/575 Geiger Counter guide for testing the environment, goods, and food for Radioactive Contamination!] Peter Daley</ref>.

=== Imeytynyt säteily ===

Yleisesti ottaen yli 2 [[gray]]ta (Gy) ihmiseen [[Absorboitunut annos|imeytynyttä säteilyä]] saattaa tappaa. 50&nbsp;% kuolee, jos annos on noin 5&nbsp;Gy. 7&nbsp;Gy tappaa varmasti<ref>[https://www.globalsecurity.org/wmd/intro/nuke-radiation.htm]</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/]</ref>

=== Imeytynyt säteily ja ekvivalenttiannos ===


Imeytynyttä säteilyä mitataan yksiköllä gray.




== Alkusäteily ==


Alkusäteily on merkittävä vain pienillä kilotonniluokan räjähteillä, jos kyetään paineelta suojautumaan. 

Yli 100 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 km päässä, ja  muutamassa tunnissa-muutamassa viikossa ilman hoitoa 50-90% tappavan  

5 Sv säteilyn. Vertailun vuoksi  noin 50% kuolee yli 35 kPa:n painevaikutuksen aiheuttamiin rakennusten sortumisin ym. 4,58 km säteellä ja monet suojattomat saavat usein tappavia 3. asteen palovammoja 10,7 km pääsäs räjähdyspisteestä. Mutta yhden kilotonnin räjähteellä 35 kpa paine ulottuu 0,46 km päähän ja 3. asteen palovammat 0,5 km päähän. Mutta 50%-80 % tappava 5 Sv alkusäteily ulottuu 840 m päähän ja säteilysairautta aiheuttava 0,15 Sv säteily 1,49 km päähän.

== Jälkisäteily ==
Varhaislaskeuma

<nowiki>**</nowiki>Lähilaskeuma

<nowiki>**</nowiki>Kaukolaskeuma

<nowiki>*</nowiki>Myöhäislaskeuma

== Tulipallo, sienipilvi ==

Kraateria 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 3000*Y^1/4 metriä. Niinpä kilotonnin pilvi nousee 3 km ja megatonnin pilvi 23&nbsp;km korkeuteen.  Toisten kaavojen mukaan pilven ylärauunan korkeus 10 minuuttia räjähdyksen jälkeen H on alle 20 kilotonnin räjähteellä H =3.365*10^0.38 ja alareunan korkeus h =1,76 *Y^0.477  

Pilven yläreunan korkeus yli  20 kilotonnin räjähteellä   

H > 6,6703*Y^0.177.   ja alareunan korkeus h=4.4501Ŷ^0.159.  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 0.97*Y^0,42.   

Yhden megatonnin pilvi vakautuu noin 10 minuutissa.

== 7-10-sääntö ==

Radioaktiivinen aines häviiää ajan mukana. Näin, koska radioaktiivisuus säteilee aineesta pois.
Jotkut aineet pysyvät radioakttivisina kymmeniä tuhansie vuosia, toiset lyhyemmän ajan.

Ydinräjähteen tuottama radioaktiivinen aines menettää radioaktiivisuuttaan keksimäärin nopeudella

<code>R_t=R_1 *t^-1.2</code>

jossa R_1 on annosnopeus tunti räjähdyksen jälkeen, T_t annosnopeus  hetkellä t tuntia, t aika.<ref>Koivukoski 2003, s 74</ref>
Yhtälä on parin viikon sisään 25%:n tarkka, ja puolen vuoden sisään 50% tarkka. Yli puolen vuoden jaksolle kaavaa ei pitäis käyttää.

Jos kyseinen yhtälä 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 käytety eksponentti voi olla 1.2:n sijasta vaikkapa  -0.9 - -2.0.<ref>Koivukoski 2003, s 74</ref>
Noin puolen vuoden päästä hajoamien kiihtyy, ja eksoponetti on -2.6.

== Hiukkasten laskeutumisaika ==

Yli 400 mikrometrin hiukkaset putoavat pilvestö jo sienipilven nousuvaiheessa.
40-400 mikrometrin hiukkastet synnyttävät varhailaskeuman, koska leijuvat pitkään ilmassa.
Noin 50% syntyneistä radioaktiivista aineista laskeutuu maahan 16 tunnin kuluessa räjähdyksestä.  24 tunnin kuluesssa on laskeutunut maahan 50-80%<ref>Koivukoski 2003. s 72-73</ref>. Ilmassa lajuessaan hiukkaset menettävär radioaktiivisuutta ja tiheä hiukakspilvi hajaantuu.
Toissaalta kulkeutuvat tuulen mukana yhä kauemmas vaaraa aiheuttamaan.

== Vapautunut aktiivisuus ==

1 mt pintaräjäytys oossa fission osuus on 50 %  hoyrystyy noin miljardi kiloa maata. Lisäksi suunnilleen 1000 kg kg aseen ainetta höyrystyy. Fissiotuotteita syntyy 30 kg ja aktivoitumistuotteita 50 kg<ref>Koivukoski 2003, s. 45</ref>.

Ydinrähähdyksessä ilmaan vapautuu<ref>[https://fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearcalculators/cloudmodel.pdf Fallout Model for the Robust Nuclear Earth Penetrator] Blake Purnell</ref> 

A=530*1E6*W Ff*Fr

jossa A aktiivisusu curieta, W ilmaistaan kilotonneina, Ff fission osuus, Fr  kerroin.

Ff voi olla esim 1/2 ja Fr 1/2

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 uonna 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.  Tällä alueelle  tuli neljässä vuorokaudessa yli 15 Sv.  Noin 250 km etäisyydellä noin puolet olis voinut kuolla yli 10 Sv säteilyyn.  Tällä etäisyydellä  lumisadetta muistutatva laskeuma alkoi noin 8 tunnin kuluttua räjähdyksestä, jatkuen tuntikausia. 300 km etäisyydellä 5-10% olisisaattanut kuolla.  Tällä alueella  tuli neljässä vuorokaudessaainakin 5 Sv. Noin 350 km pässsä säteily ei olis ollut enää tappavaa. 1Sv tuli vielä noin 460 km päsäsä 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>[https://www.hsaj.org/articles/97 ]</ref> puhaltaa samaan suuntaan, ei sateita.

Muutamassa päivässä suojattoman tappava alue on tällöin noin 200x60 km, noin 7020 km2. 
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]</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), jossa 1,2 on keskimääräinen puoliintumiseksponentti, kantaluku aika ja jaetatva alkuperäinen annosnopeus.


=== Millä etäisyydellä suurin annos ===

Laskeuman maksimiannos saadaan etäisyydellä


<code>
D_max=0.256*pow(s,0.58)*pow(W,0.42)
</code>

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

Rm=6400*pow(s,0.718)*pow(W,0.233)







===Laskeuman kesto===

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

th=a*ta, jossa

a on keskimäärin 2, jos lakseuma kertyy keskimääräistä vauhtia.

laskeuma kestää vielä huipun jälkeen

tp=a*ta+tp.

b on keskimäärin noin 3.75

Tällöin jos lakseuma saapuu 4 tunnin kuluttua,

laskeuma saavuttaa huippunsa 8 tunnin kuluttua räjähdyksestä, ja kestää suunnilelen hetkeen 11,75 tuntia räjähdyksestä. Laskeuman kesto on näin ollen 7,75 tuntia.

a voi olla välillä 1,25-3,5, ja b välillä 1,5-7. 

=== Laskeuman viipymisaika ===

Viipymisaika on  aika, joka kuvaa laskeuman vähenemistä  

T=0,43*h^0.8  

jossa T on viipymisaika ja h sienipilven pilven alarajan korkeus 10 minuutin kuluttua räjähdyksestä.  

Tämä aika on 1 magatonnin räjähteelel 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 Svh ellipsin pituus

 dist_1svh=8.9*1.609*pow(w,0.45)

ja leveys

 width_1svh=1.609*0.38*pow(w,0.60)

ja 1 SV/h paikallislaskeuman leveys

 width_gs_1svh=0.39*1.609*pow(w,0.42)

Tuulen nopeuden vaikutus

Tässä 

 u_mph=15.0 ja f_skale=1.0

<code>

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
</code>

muita Glasstonen 1977 ellipsejä

<code>
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)

</code>

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

== Lähteet ==
{{viitteet}}

[[Luokka:Ydinaseiden vaikutukset]]