放射性落下灰的性质及作用特点

核武器爆炸形成的放射性落下灰（简称落下灰）可沾染环境、物体及人体，构成核武器所特有的第四种杀伤因素。落下灰对人员的危害，与其理化性质及作用特点密切相关。

放射性落下灰粒子的外观

落下灰颗粒的直径由数微米至数千微米不等。比高越大，离爆心越远，颗粒越小。其外观多为球形和椭圆形，或呈液滴、哑铃形和不规则形。其色为黑、灰、黄或红褐色。比重约2.0～3.0g/cm3。一般情况下，粒子越小，比放射性活度越强。
落下灰主要放出β和γ射线，其放射性衰变速率随爆炸后时间增长而减缓，衰变指数为0.9～1.7。在爆炸后0.3～6天内，β射线的平均能量约为0.67～0.26MeV。
落下灰中包括核裂变产物、中子感生放射性物质和未反应的核装料三类放射性物质。主要的是裂变产物，它由三十多种元素的二百多种放射性核素组成。落下灰主要核素的辐射类型及代谢参数见表1。它的组成与核装料种类、爆炸方式、爆区地质、爆炸后时间及核素分凝效应等多种因素有关。故在不同条件下形成的落下灰，其放射化学组成有较大差异。
落下灰的放射性溶出率，是指其总放射性活度或某一核素的放射性活度在溶剂（一般指水）中溶出的百分数。不同的落下灰和灰中的不同化学组分溶出率差别很大。若溶剂酸度较高、粒子小，则溶出率高。常量组分主要是硅酸盐的落下灰，在水和0.1N盐酸内的溶出率可波动于1～70%；在同样溶剂内，锶、碘、碲、钼等的溶出率约为10～100%，锆、铌、稀土族元素等均在10%以下。
落下灰对人员作用的主要特点为：
(1)作用范围较广。核武器地爆时，放射性落下灰与光辐射、冲击波及早期核辐射三种瞬时杀伤因素比较，前者的作用范围较广。例如当量为10万吨的核武器地爆，如平均合成风速为100 km/h，风向切变角小于10°，爆后4h放射性沾染面积(沾染面积边界以0.5R/h计) 约4000 km²。如人员在爆后半小时进入沾染区停留24h，受到照射量在50R以上的沾染区面积可达100 km²。
(2) 作用时间较长。核武器的三种瞬时杀伤因素，对人体作用时间以秒计，如1万吨核爆炸，释放出80%的光辐射能量和90%的早期核辐射只需0.46s和10s，而放射性沾染对人体的作用却可延续较长时间，如以爆后半小时开始计算，释放出50%能量约需10h。
(3)作用方式多样。放射性沾染可通过γ射线对全身外照射、β射线对皮肤照射以及进入体内后的内照射三种方式作用于人体。落下灰对暴露人员多为外、内及皮肤的复合照射，但易受各种条件的影响。1954年3月美国在太平洋马绍尔群岛的比基尼岛进行热核装置试验时，受落下灰沾染的人员受照射的情况就是如此 (见表2)。对这些受照者的观察表明，在早期，以全身γ射线外照射复合皮肤β射线损伤为主，并有相互加重的趋势，如外周血白细胞总数的回升及皮肤损伤愈合均减缓。但晚期的内照射（放射性碘对甲状腺的照射）损伤较为突出。(4) 开始作用时间较缓，衰变较快。与三种瞬时杀伤

表1 落下灰中主要核素的辐射类型及代谢参数

类别	核素	辐射类型	放射性半衰期	生物半排期(Tb)	经胃肠道吸 收分数(f1)	由血液转移至主要沉 积器官的分数(f′)
核 裂 变 产 物	131I	β、γ	8.04d	120 d（甲状腺） 12 d（其它组织器官）	1.0	0.3（甲状腺）
	132Te	β、γ	78h	5000 d（骨） 20 d（其它）	0.2	0.25（骨）0.25（其它）
	99Mo	β、γ	66.02h	1 d(全身10%) 50 d(全身90%)	0.8	0.3（肝）0.15（骨无机盐） 0.05（肾）0.5（其它）
	137Cs	β、γ	30.174a	2 d(全身10%) 110 d(全身90%)	1.0	1.0（全身肌肉）
	90Sr	β	28.1a	1.8d(56%骨) 8d (24%骨) 600 d(20%)	0.01 SrTiO3 0.3（其它）	1.0（骨）
	95Zr	β、γ	63.98d	8000d(渤 7d（其它）	0.002	0.5（骨）0.5（其它）
	144Ce	β、γ	284.2d	3500d（全身）	3×10-4	0.6（肝）0.05（脾）0.2（骨） 0.15（其它）
中生性 子放物 感射质	59Fe 239Np	β、γ β,γ	45.1d 2.35d	9000d（全身） 100 a（骨） 40 a（肝）不排出（性腺）	0.1 10-5（难溶） 10-4（其它）	0.08（肝）0.013（脾） 0.45（骨）0.45（肝） 3×10-4（睾丸）1.1×10-4 （卵巢）
核 装 料	235U	α	7.1×108a	20 d,5000d（骨） 6d,1500d（肾） 6 d,1500d（其它）	0.05（可溶） 0.002（难溶）	骨：0.2,0.023 肾：0.12,0.00052 其它：0.12,0.00052
	289Pu	α	2.44×104a	100 a（骨） 40 a（肝） 不变（性腺）	10-5（难溶） 10-4（其它）	0.45（骨）0.45（肝） 3×10-4（睾丸） 1.1×10-4（卵巢）

注：放射性半衰期：某种特定的放射性核素由于放射性衰变过程使其活度衰减到一半时所经过的时间生物半排期(Tb): 当某个生物系统中的某种特定的放射性核素的排除速率近似地服从指数函数时，由于生物过程致使该核素在系统中的总量降到一半时所需的时间

(引自ICRP Publication 30, 1978)

表2 马绍尔群岛核爆炸后人员受落下灰作用的概况

组别	人数	距爆心 (km)	受照时 间(爆 后h)	外照 射剂 量(R)	皮肤β 射线损 伤程度	体内沾 染量 (mCi)
日本渔民 朗格拉普岛 居民	23 64	145 169	3.4～336 5～50	270～440 175	广泛 广泛	1.5～12.5 3*
艾林吉纳埃 岛居民	18	161	5～58	69	中等	1.5*
朗格里克岛 美军	28	242	6.8～ (28～34)	78	轻度	0.75*
乌提里克岛 居民	157	497	22～ (55～78)	14	—	—

*推算至爆后第一天体内沾染量
(引EP Cronkite,VP Bond and CL Dunham,1956)
因素开始作用时间相比，落下灰较为缓慢。例如万吨级核地爆，合成风速为27.7 km/h，下风向5km、10km及50 km处，地面空气开始沾染的时间，分别为爆后0.5h、0.67h、1.7h，因而可有较充分的时间采取相应的防护措施。它的放射性衰变也较快，在爆后半小时至半年期间，地面照射量率随时间的变化大体上按“六倍规律”衰减，即爆后时间每增加6倍，照射量率约降低10倍，故推迟进入沾染区时间可大大减少受照剂量。
上述特点使得受落下灰作用的人数亦较多，损伤的表现以远期效应为多，这样又给防护工作带来了一定的复杂性。但它开始作用时间较缓，放射性衰变较快，又说明放射性落下灰的可防性。