放射性沉降物:是什么,会持续多久

1954年3月1日,日本金枪鱼渔船「第五福龙丸」上的船员看见西方升起一道光,几分钟后听到一声巨响。大约两个小时以后,细细的白色灰烬开始落在甲板上。船上没有人知道,这些灰来自约140公里外比基尼环礁上美国进行的1500万吨试验「城堡·布拉沃」。几天之内,23名渔民出现了烧伤和恶心,船上的无线电员在那年9月去世。在有人居住的朗格拉普环礁,同样的灰落进了饮用水和孩子们的头发里;岛上居民直到两天后才被撤离。

这些灰就是放射性沉降物的样子:被爆炸变成放射性的普通尘土和碎屑,又被风带回地面。

马绍尔群岛上空「城堡·布拉沃」的沉降分布图
根据1954年测量绘制的「城堡·布拉沃」沉降分布。沉降带顺风延伸了500多公里。 图片: US Department of Energy

沉降物从哪里来

核爆炸会留下数百种不同的放射性原子,即裂变产物,还有少量未反应的燃料。如果只有这些,它们会随着炽热的云团上升,以极少的量散布到全球。危险出现在火球接触地面的时候。这时火球会吸起数千吨泥土、岩石和建筑碎块,熔化其中一部分,放射性原子就附着在这些颗粒上。沙粒大小的颗粒在一两个小时内落在爆点附近。更细的尘埃会随风飘出几十到几百公里才落下。

火球从不触地的空爆几乎不产生局地沉降。所以同为空爆的广岛和长崎,死者主要死于冲击波和高温;而在同一座城市发生地爆,就会留下一条长长的污染带。在模拟器里改成地爆并打开沉降带,就能看到区别。

模拟的地爆沉降带
在每小时24公里的风速下模拟一次30万吨地爆。等值线表示爆后一小时的剂量率。 地图: NukeSimulator, © OpenStreetMap contributors

7:10法则

沉降物一开始最凶,但减弱得很快,因为放射性最强的裂变产物寿命也最短。民防部门用一条经验法则:爆后经过的时间每增加到七倍,剂量率就降到十分之一。

  • 爆后1小时:100%(基准)
  • 7小时:10%
  • 49小时,约两天:1%
  • 两周:0.1%

实际的教训简单而且经过验证:最初几个小时最关键。头一天待在良好遮蔽下的人,可以躲过此后几周在室外会受到的大部分剂量。

沉降物剂量率随时间下降的图表
按7:10法则,新鲜沉降物两周内的剂量率变化。大部分危险在两天内消失。

掩蔽能起多大作用

落在屋顶和地面的沉降物发出的辐射主要是伽马射线,穿过泥土、混凝土、砖块等物质或经过一段距离后就会减弱。规划人员用防护系数来评价掩蔽所,也就是它能把剂量降低到几分之一。汽车几乎没有作用。砖房的地下室能把剂量降低到约十分之一。大型混凝土建筑的核心区或地下车库可以降低到几百分之一。

常见场所对沉降物的防护系数
按美国联邦规划指南给出的各类场所对沉降辐射的近似防护系数。数值越大越好。

在任何建筑里,最好的位置都是尽量远离屋顶和外墙,如果有地下室,就待在地下。沉降物落在各种表面上,所以待在大楼正中,你和它之间就隔着好几层墙和楼板。

1962年的民防辐射测量仪
1962年的民防辐射测量仪。冷战期间生产了数以百万计,用来测量掩蔽所里的沉降辐射。 图片: Steve Jurvetson, CC BY 2.0

长期残留的

有几种裂变产物能熬过最初几周,造成大部分长期危害。半衰期8天的碘-131会在甲状腺里积累,通常经由牛奶进入人体。半衰期约29年和30年的锶-90与铯-137,在人体和食物链中分别表现得像钙和钾。上世纪50年代末,美国圣路易斯的一项调查收集了数十万颗儿童乳牙,在其中发现了来自大气层核试验的锶-90。这些结果推动美国、苏联和英国在1963年签署条约,把核试验转入地下,详见核试验的历史。

预计会有沉降物时该怎么做,请看如何在核袭击中生存。