Simularea Computerizata a Atacului cu Arma Radiologica

Primul scenariu imaginat de atac cu armă radiologică consideră folosirea unei cantități de plutoniu-239. Explozia dispozitivului are loc într-un mediu urban, locația aleasă fiind orașul Cluj-Napoca.

În cadrul acestui scenariu s-au ales urmatoarele condiții de simulare:

Cantitatea de material radioactiv folosit în explozie: 10 kg;

Fracțiunea de material cu risc implicate în scenariu: 0,1;

Fracțiunea de materiale cu risc care trece prin elementele de filtrare: 0,1;

Cantitatea de material explozibil folosită: 0,453 kg;

Viteza de depunere a prafului radioactiv respirabil: 0.30 cm/sec;

Activitatea specifică a radioizotopilor: 0,062 Ci/kg;

Fracțiunea de material care este eliberată in atmosferă: 10;

Fracțiunea de material care este respirabilă are diametrul de: 0,2;

Viteza vântului la o înalțime de 10m: 1m/s;

Direcția de unde bate vântul este de 90 de grade față de direcția nord;

Informații privind starea vremii: vremea este moderat stabilă;

Locul unde se produce incidentul: Cluj-Napoca;

Unitățile de măsură folosite în simulare sunt rem, Ci, rad, metru;

Doza echivalentă efectivă totală în aria interioară =0,1 rem, în aria medie=0.08 rem, în aria exterioară=0.05 rem;

Depunerea prafului radioactiv în aria interioară=100 µCi/, în aria medie=10 µCi/, în aria exterioară=1 µCi/;

Viteza de depunere a prafului irespirabil 8 cm/s;

Ritmul respirator= 0,00033 /s;

În al doilea scenariu de atac cu armă radiologică se consideră utilizarea uraniului 235.

Pentru evidențierea folosirii uraniului și respectiv a plutoniului ca agenți radiologici s-a încercat alegerea acelelorași condiții de simulare însă diferența foarte mare de activitate specifică a obligat modificarea unor condiții:

Cantitatea de material radioactiv folosit în explozie: 100 kg;

Fracțiunea de material cu risc implicat în scenariu: 1;

Fracțiunea de materiale cu risc care trece prin elementele de filtrare: 1;

Activitatea specifică a radioizotopilor: 0,000091 Ci/kg

Simularea primului scenariu de atac, cu plutoniu, aduce informații referitoare la mărimea suprafeței contaminate.

Fig. 3.1.1. Ariile contaminate în urma simulării exploziei a unei arme radiologice conținând plutoniu

În zona de interior, cea imediat adiacentă exploziei, avem o contaminare de 100µCi/ pe o arie de 0,006 , în zona mediană avem o contaminare de 10µCi/ pe o arie de 0,054 iar în zona exterioară avem o contaminare de 1µCi/ pe o arie de 0,38 .

Fig. 3.1.2. Scaderea gradului de contaminare a exploziei unei arme radiologice ce conține plutoniu în funcție de distanță

În al doilea scenariu, care presupune utilizarea unei cantități de uraniu-235, cantitate de 10 ori mai mare decât cea a plutoniului,rezultă o zonă contaminată de altă dimensiune și cu altă circumferință.

Fig. 3.1.3. Ariile contaminate în urma simulării exploziei a unei arme radiologice conținând uraniu

Astfel în zona de interior, cea imediat adiacentă exploziei, avem o contaminare de 100µCi/ pe o arie de 0,009 , în zona mediană avem o contaminare de 10µCi/ pe o arie de 0,076 iar în zona exterioară avem o contaminare de 1µCi/ pe o arie de 0,52 .

Fig. 3.1.4. Scaderea gradului de contaminare a exploziei unei arme radiologice ce conține uraniu în funcție de distanță

Se observă că zonele de contaminare sunt aproximativ aceleași în ciuda faptului că uraniu din arma radiologică este intr-o cantitate de 10 ori mai mare decât plutoniu.

Fig. 3.1.5. Ariile contaminate în urma simulării unei explozii a unei arme radiologice conținând uraniu și a uneia conținând plutoniu

Fig. 3.1.6. Ariile contaminate în urma simulării unei explozii a unui dispozitiv radiologic conținând plutoniu și a unuia conținând uraniu

3.2 Efectele expunerii organismului uman la radiațiile emise de arma radiologică

Limitele echivalente dozelor sunt limitele fundamentale ale standardelor de radioprotecție. Pentru corpul uman nu trebuie să depășească valoarea echivalentă dozei. Scopul este de a preveni apariția efectelor iradierii .Comisia Internațională de Protecție Radiologică a implementat "standardele de bază pentru radiologie și protecție a sănătății" și "protecția împotriva radiațiilor" astfel: pe personal doza limită echivalentă pentru toate țesuturile și organele este de 50 rem anual, mai puțin pentru ochi care are limita admisă de 15 rem anual.

Pentru compararea dozei echivalente totale primite de corpul uman în cazul celor două scenarii de simulare a atacului cu arma radiologică, este necesară analizarea datelor privind limita maximă admisă pentru iradiere.

În figura 3.2.1 sunt analizate organele corpului uman care primesc la diferite distanțe doze mai mari de 50 rem.

3.2.1 Echivalentul dozei pe anumite organe pentru dispozitivul cu plutoniu

Expuneri unice ale întregului organism la doze mari:

25 rem 0,25 Sv – doza periculoasă –sub această valoare nu se observă prejudicii clinice;

100 rem 1Sv-doza critica. Între (75 -150) rem apare boala de iradiere, primele cazuri mortale;

400 rem 4Sv-doza mortalității medii. Între (300- 600) rem apare boala de iradiere care in 50% din cazuri este mortală;

700 rem 7Sv-doza letală;

Calculul dozei efective primite de organism se realizează adunând echivalentul dozei absorbite.

Echivalentul dozei primite de organism în cazul contaminării cu plutoniu se calculează adunând echivalentul dozei la aceeași distanță pentru toate organele. Astfel echivalentul dozei primite de organism este egal cu suma dintre echivalentul dozei primite de suprafața osoasă, echivalentul dozei primite de plămân, echivalentul dozei primite de ficat și echivalentul dozei primite de măduva roșie.

La 30 de metrii față de epicentrul exploziei doza echivalentă primită de organism va fi de 3790 rem , la 100 de metrii de 1440 rem, la 200 de metrii de 532 rem, la 300 de metrii de 239 rem, la 400 de metrii de 110, la 500 de metrii de 70 rem iar la 600 de metrii de 50 rem.

Fig. 3.2.2. Doza echivalentă totală în funcție de distanța față de epicentrul exploziei dispozitivului cu plutoniu

Din figura 3.2.2 se poate observa scăderea dozei echivalente primite de organism odată cu departarea față de epicentrul exploziei . Dacă la o distanță de 600 de metrii doza echivalentă este de 50 rem, la 30 de metrii se observă o creștere de 46 de ori mai mare, doză ce ar fi fatală oricărui organism viu.

În cadrul celui de-al doilea scenariu în care s-a utilizat dispozitivul explozibil cu uraniu doza echivalentă este mult mai mică chiar dacă avem o cantitate de uraniu de 10 ori mai mare decât cea a plutoniului din primul dispozitiv explozibil.

Cauza este activitatea specifică a radioizotopilor de uraniu de 0.000092 Ci/g, foarte mică în comparație cu cea a plutoniului care este 0.062 Ci/g fiind aproape de 700 de ori mai mare.

În figura 3.2.3. sunt prezentate valorile echivalentului dozei pentru organele afectate de explozia dispozitivului cu uraniu. Analizând aceste date putem observa că doar asupra plamânului acest dispozitiv are un efect letal dar calculand doza echivalentă totală observăm că și aceast dispozitiv cu uraniu este unul foarte periculos.

3.2.3. Echivalentul dozei pe anumite organe pentru dispozitivul cu uraniu.

Calculul dozei efective primite de organism se realizează la fel ca în cazul dispozitivului cu plutoniu adunând echivalentul dozei absorbite de fiecare organ.

Astfel echivalentul dozei primite de organism este egal cu suma dintre echivalentul dozei primite de suprafața osoasă, echivalentul dozei primite de plămân, echivalentul dozei primite de ficat și echivalentul dozei primite de măduva roșie.

Fig. 3.2.4. Doza echivalentă totală în funcție de distanța față de epicentrul exploziei dispozitivului cu uraniu

La 30 de metrii față de epicentrul exploziei doza echivalentă primită de organism va fi de 1104,393 rem , la 100 de metrii de 411,7142 rem, la 200 de metrii de 160.0019 rem, la 300 de metrii de 83 rem, la 400, 500 și 600 de metrii fiind o valoare ce nu afectează direct organismul uman.

Fig. 3.2.5. Analiza comparativă a dozei echivalente totale

Analizând figura 3.2.5. se observă diferențe foarte mari între dozele echivalente totale asimilate de corpul uman. În timp ce la 30 de metrii de epicentrul exploziei dispozitivului cu uraniu se înregistrează o doză de 1104,393 rem, la dispozitivul cu plutoniu este de aproximativ 700 de ori mai mare ajungând la 3790 rem. În cazul ambelor situații, cu cât crește distanța față de epicentrul exploziei, scade doza echivalentă totală însă nu concomitent una față de cealaltă.

Având activitatea radioizotopilor diferită, cele două explozii au efecte și doze echivalnte total diferite.

Pentru primul scenariu ce utilizează dispozitivul cu plutoniu, cea mai afectată este suprafața osoasă asimilând 2300 rem la distanța de 30 de metrii, 870 rem la 100 de metrii, 340 la 200 de metrii, 170 rem la 300 de metrii, 110 la 400 de metrii, 70 rem la 500 de metrii și 50 rem la 600 de metrii, iar cea mai puțin afectată este măduva roșie care primește la distanța de 100 de metrii 70 rem.

În timp ce în cadrul primului scenariu suparafața osoasă este cea mai afectată, în cel de-l doilea aceasta asimilează o doză ce nu depășește 4,1 rem la cea mai mică distanță folosită în scenariu. În schimb plămânul este cel mai afectat organ asimilând 1104,393 rem la 30 de metrii față de epicentru și ajungând pană la 300 de metrii unde înregistrează valoarea de 83 rem. În afara acestui perimetru corpul uman poate suferi doar simple prejudicii clinice.

Fig. 3.2.5. Analiza comparativă a dozei echivalente totale