Nuclear fallout


Fallout คือส่วนที่เหลืออยู่ของการระเบิดทางนิวเคลียร์ ซึ่งได้ชื่อนี้ เนื่องจากมันตกไกลออกไป ("falls out") โดยตกลงมาจากบรรยากาศ ทำให้มีการกระจายออกไปในขณะที่เกิดการระเบิด โดยปกติจะหมายถึงฝุ่นกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นจากการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ ฝุ่นกัมมันตรังสีเหล่านี้ มีอนุภาคนิวเคลียร์ ซึ่งทำให้เกิดการปนเปื้อนสารกัมมันตรังสีในอาหาร

Fallout จากระเบิดกับ falls out จากการอุบัติเหตุของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

Fallout อาจเกิดจากอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ รวมทั้งฝุ่นหรือดินทรายที่เป็นผลจากระเบิดนิวเคลียร์ แม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไม่สามารถเกิดการระเบิดได้แบบอาวุธนิวเคลียร์ ไอโซโทปรังสีที่เกิดจากระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ แตกต่างจาก fallout ที่เกิดจากอุบัติเหตุของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เช่นที่เชอร์โนบิล จุดสำคัญที่แตกต่างกันคือครึ่งชีวิตและความสามารถในการระเหย

การระเหย (Volatility)

จุดเดือดของธาตุหรือสารประกอบ เป็นตัวกำหนดสัดส่วนของธาตุ ที่จะถูกปล่อยออกมา จากอุบัติเหตุของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในขณะที่คุณสมบัติของธาตุในการคืนตัวกลับเป็นของแข็ง จะเป็นตัวกำหนดอัตราการตกลงพื้นดิน หลังจากที่ฝุ่นละอองเหล่านั้นถูกพัดพาขึ้นสู่บรรยากาศหลังจากการระเบิด

ครึ่งชีวิต (Half-life)

ใน fallout ของระเบิดนิวเคลียร์ ไอโซโทปรังสีส่วนใหญ่จะมีครึ่งชีวิตสั้น เช่น Zr-97 ส่วนในเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ไอโซโทปรังสีครึ่งชีวิตสั้นจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยอัตราคงที่ การเดินเครื่องปฏิกรณ์โดยรักษาสภาวะวิกฤต (criticality) เป็นช่วงเวลานาน ทำให้ไอโซโทปรังสีครึ่งชีวิตส่วนใหญ่สลายตัวหมดไปก่อนที่จะถูกปล่อยออกมา

รูปด้านล่างแสดงผลการคำนวณเปรียบเทียบปริมาณรังสีแกมมาในอากาศที่เกิดจาก fallout ที่มาจากระเบิดนิวเคลียร์แบบฟิสชันกับการปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล ซึ่งเห็นได้ชัดว่า fallout ที่มาจากโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลมีครึ่งชีวิตยาวกว่า fallout ที่มาจากระเบิดนิวเคลียร์

 
 
ค่าเปรียบเทียบปริมาณรังสีแกมมาของ fallout ที่มาจากโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลกับระเบิดนิวเคลียร์ โดยปรับค่า (normalised) ให้ไอโซโทปรังสี Cs-137 มีระดับเดียวกัน

สำหรับผู้ที่ไม่คุ้นกับการใช้สเกลแบบ log-log รูปด้านล่างนี้มีแกนแนวตั้งเป็นปริมาณรังีซึ่งใช้สเกลปติ ส่วนสเกลแนวนอนยังคงเป็นสเกลแบบลอการิทึม การเขียนแผนภาพออกมานี้ใช้ข้อมูลจริง เพื่อนำไปใช้ในการตั้งสมมติฐานและแสดงระดับของการเปรอะเปื้อนสารกัมมันตรังสีในพื้นที่ที่คาดไว้

 
 
การเปรียบเทียบปริมาณรังสีแกมมาของ fallout ที่เกิดจากอุบัติเหตุโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลกับระเบิดปรมาณู โดยปรับ (normalized) ให้ระดับรังสีอยู่ที่วันแรกเหมือนกัน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าปริมาณรังสีจากทั้งสองแบบลดลงตามเวลา โดย fallout จากระเบิดปรมาณูมีอายุสั้นกว่า
   
 
 
การเปรียบเทียบปริมาณรังสีแกมมาของ fallout ที่เกิดจากอุบัติเหตุโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลกับระเบิดปรมาณู โดยปรับ (normalized) ให้ Cs-137 อยู่ในระดับเดียวกันในวันที่ 10,000 จะเห็นได้ชัดว่ากัมมันตภาพรังสีของ fallout จากระเบิดปรมาณูสั้นกว่า fallout จากเชอร์โนบิล


ที่มาของ fallout

ระเบิดนิวเคลียร์ทำให้วัสดุทุกชนิดรวมทั้งสิ่งที่อยู่บนพื้นรอบๆ ระเหยขึ้นไปกับลูกไฟ ทำให้รวมกับสารกัมมันตรังสีที่ตกค้างอยู่กลายเป็น fallout สารกัมมันตรังสีที่เหลืออยู่นี้ประกอบด้วย

Fission products. เป็นไอโซโทปของธาตุที่มีน้ำหนักอะตอมปานกลาง เกิดขึ้นจากนิวเคลียสของยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมแตกออกจากปฏิกิริยาฟิสชัน fission products มีมากกว่า 300 ชนิด หลายชนิดมีกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกัน บางชนิดมีครึ่งชีวิตสั้นมากเป็นเศษเสี้ยวของวินาที ขณะที่บางส่วนมีครึ่งชีวิตเป็นเดือนหรือเป็นปี การสลายตัวส่วนใหญ่จะให้รังสีบีต้าร่วมกับการให้รังสีแกมมา ระเบิดปรมาณูขนาด 1 กิโลตันจะให้ fission products ประมาณ 60 g โดยมีกัมมันตภาพรังสีใน 1 นาทีแรกหลังจากระเบิดประมาณ 1.1 ZBq เท่ากับกัมมันตภาพรังสีจากเรเดียม 30 Gg (1000 ล้านกรัม) ไอโซโทปรังสีของ fission product มีหลายชนิดทำให้ส่วเป็นนผสมที่ซับซ้อน

 
  ปริมาณรังสีแกมมาของไอโซโทปรังสีจาก fallout ของระเบิดปรมาณู
 
  ปริมาณรังสีแกมมาของไอโซโทปรังสี zirconium, ruthenium, และ barium จาก fallout ของระเบิดปรมาณู
 
  ปริมาณรังสีแกมมาของไอโซโทปรังสี molybdenum, iodine, tellutium, และ iodine จาก fallout ของระเบิดปรมาณู

วัสดุนิวเคลียร์ที่ไม่เกิดปฏิกิริยาฟิสชัน อาวุธนิวเคลียร์มีประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงต่ำมาก มีวัสดุนิวเคลียร์ที่เกิดฟิสชันได้ เพียง 2%-40% เท่านั้นที่เกิดปฏิกิริยาฟิสชัน ยูเรเนียมและพลูโตเนียมส่วนใหญ่กระจัดกระจายออกไปจากแรงระเบิดโดยไม่เกิดปฏิกิริยาฟิสชัน วัสดุนิวเคลียร์ที่ไม่เกิดฟิสชันมีการสลายตัวโดยให้รังสีอัลฟาจึงมีความสำคัญน้อยมา

กัมมันตภาพรังสีจากการเหนี่ยวนำของนิวตรอน (neutron-induced activity)
ถ้านิวเคลียสของอะตอมจับนิวตรอนจะกลายเป็นสารกัมมันตรังสี ซึ่งมีการสลายตัวโดยให้รังสีบีต้าและรังสีแกมมาออกมาช่วงเวลาหนึ่ง นิวตรอนที่ปลดปล่อยออกมาในตอนต้นของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชันจะทำปฏิกิริยากับชิ้นส่วนของอาวุธ รวมทั้งสิ่งที่อยู่ในสิ่งแวดล้อม เช่น ดิน อากาศ น้ำหรือสิ่งที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับการระเบิด ตัวอย่างเช่น พื้นดินบริเวณที่เกิดการระเบิดจะมีอันตรายจากธาตุต่างๆ ที่อยู่บริเวณนั้นทำปฏิกิริยากับรังสีนิวตรอน เช่น โซเดียม แมงกานีส อลูมิเนียม และซิลิกอนที่อยู่ในดิน

ในระหว่างที่เกิดการระเบิดจะมีธาตุในกลุ่ม actinides ที่มีมวลสูงเกิดขึ้น เนื่องจากในช่วงเวลาสั้นๆ นั้นนิวตรอนมีฟลักซ์หรือความเข้มสูงมาก ทำให้นิวตรอนเข้าไปทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ก่อนที่จะสลายตัวให้รังสีบีต้าออกมา ไอโซโทปที่เกิดขึ้น จึงเป็นคนละกลุ่มกับไอโซโทปที่เกิดจากเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้า ที่มีฟลักซ์ของนิวตรอนต่ำกว่า actinides ที่มีมวลสูงนี้อาจพบบ้างในเชื้อเพลิงใช้แล้วของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ บางชนิดพบได้ใน fall out จากการทดลองระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ เช่น ไอน์สไตน์เนียม (einsteinium) ซึ่งเป็นธาตุที่ 99

ชนิดของ fallout

การกระจายของ Fallout ทั่วโลก
หลังจากที่เกิดการระเบิดออก fission products เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เหลือและยังไม่เกิดการระเบิด รวมทั้งส่วนประกอบอื่นจะระเหยด้วยความร้อนจากลูกไฟ จากนั้นจะควบแน่นกลับเป็นละอองขนาดเล็กที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 nm ถึง 20 mm อนุภาคเหล่านี้จะลอยขึ้นไปถึงบรรยากาศชั้น stratosphere โดยเฉพาะการระเบิดที่มีขนาดมากกว่า10 กิโลตัน และจะถูกลมในบรรยากาศพัดให้กระจัดกระจายออก ก่อนจะตกลงที่พื้นผิวโลกหลังจากนั้นเป็นสัปดาห์ เป็นเดือน หรือเป็นปี เป็น fallout ทั่วโลก (worldwide fallout)

อันตรายจากรังสีของ worldwide fallout จะเป็นผลระยะยาวที่เกิดจากไอโซโทปรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาว เช่น strontium-90 และ caesium-137 เข้าไปสะสมในร่างกายจากการกินอาหารที่มีสารรังสีเหล่านี้เข้าไป แต่อันตรายที่เกิดขึ้นจะมีผลน้อยกว่า fallout บริเวณที่เกิดระเบิด (local fallout) ซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการแก้ไขในทันท

 
  การทดลองอาวุธนิวเคลียร์ทำให้ความเข้มข้นของไอโซโทปรังสี 14C ในบรรยากาศตอนเหนือเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ก่อนจะค่อยๆ ลดลงหลังจากที่มีสนธิสัญญาห้ามการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ (Partial Test Ban Treaty )

Fallout ในพื้นที่ (Local fallout)

การระเบิดบนพื้นผิวดินหรือผิวน้ำ จะมีการระเหยของดินและน้ำปริมาณมากจากความร้อนของลูกไฟ ทำให้เคลื่อนที่ขึ้นไปเป็นเมฆกัมมันตรังสี สิ่งเหล่านี้จะมีกัมมันตภาพรังสีเมื่อควบแน่นรวมกับไอโซโทปที่เกิดจากฟิสชัน (fission products) และไอโซโทปรังสีชนิดอื่นที่เกิดจากการทำปฏิกิริยากับนิวตรอน รายละเอียดเกี่ยวกับไอโซโทปรังสีในบริเวณที่เกิดระเบิดนิวเคลียร์บนพื้นดิน (local bomb fallout) ดูได้จากรายงานของ T. Imanaka, S. Fukutani, M. Yamamoto, A. Sakaguchi และ M. Hoshi, J. Radiation Research, 2006, 47, Suppl A121-A127

 
  กลุ่มควันของ fallout (fallout plume) ความยาว 280 จากการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ในปฏิบัติการ Castle Bravo ขนาด 15 Mt เมื่อปี 1954

ตารางที่ 1 ไอโซโทปที่เป็นของแข็ง (ข้อมูลจาก T. Imanaka และคณะ)
ไอโซโทป
ดัชนีหักเห
Sr-91
0.2
Sr-92
1.0
Zr-95
1.0
Mo-99
1.0
Ru-106
0.0
Sb-131
0.1
Te-132
0.0
Te-134
0.0
Cs-137
0.0
Ba-140
0.3
La-141
0.7
Ce-144
1.0
   

ฝุ่นละอองที่เกิดขึ้นจากการระเบิดบนพื้นผิวดินมีขนาดตั้งแต่น้อยกว่า 100 นาโนเมตร ไปจนถึงหลายมิลลิเมตร อนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้จะถูกพัดให้กระจายไปเป็น worldwide fallout ส่วนอนุภาคขนาดใหญ่จะอยู่ด้านนอกของแกนกลางของลูกไฟขณะที่เมฆรูปดอกเห็ดกำลังลอยขึ้นไป อนุภาคเหล่านี้จะตกลงพื้นภายในเวลา 1 ชั่วโมง และเกินกว่าครึ่งหนึ่งของวัสดุที่เกิดการระเบิดทั้งหมดจะตกลงทีพื้นดินภายในเวลา 24 ชั่วโมง เป็น local fallout

คุณสมบัติทางเคมีของธาตุแต่ละชนิดใน fallout จะเป็นกำหนดอัตราการตกลงพื้นดิน ธาตุระเหยได้น้อยจะตกลงมาก่อน รายงานของ T. Imanaka, S. Fukutani, M. Yamamoto, A. Sakaguchi และ M. Hoshi, J. Radiation Research, 2006, 47, Suppl A121-A127 มีตารางแสดงระดับของแนวโน้มในการคืนตัวเป็นของแข็งของธาตุ

การเปรอะเปื้อน local fallout อย่างรุนแรงอาจกินบริเวณไปไกลจากจุดที่เกิดการระเบิด โดยเฉพาะกับระเบิดแรงสูงที่ทดลองที่ผิวดิน เส้นทางไปตามพื้นดินของ fallout ที่เกิดจากการระเบิดจะขึ้นกับสภาพอากาศ ถ้ากระแสลมแรง fallout จะเคลื่อนที่ไปได้เร็วขึ้นแต่ใช้เวลาเท่ากันในการตกลงมา ทำให้การกระจายนั้นกินพื้นที่มากขึ้นและเจือจางลง ดังนั้นปริมาณรังสีจาก fallout จึงลดลงเมื่อลมพัดแรงมากขึ้น แต่กัมมันตภาพรังสีรวมของ fallout ที่ตกลงในแต่ละเวลาจะไม่ขึ้นกับกระแสลม ส่วนกรณีที่เกิดพายุฝน fallout สามารถตกลงมากับน้ำฝนได้ทันที ทำให้เร็วกว่า fallout ที่แห้ง โดยเฉพาะ fallout ที่เกิดในระดับต่ำจนเข้าไปรวมกับพายุฝนได้

เมื่อมีการเปรอะเปื้อนทางรังสีในพื้นที่ ในระยะแรกจะทำให้เกิดอันตรายของรังสีจากภายนอกร่างกาย และต่อมาอาจจะทำให้เกิดอันตรายของรังสีจากภายในร่างกาย จากการหายใจหรือกินอาหาร ที่มีการปนเปื้อนไอโซโทปรังสี iodine-131 ซึ่งมีครึ่งชีวิตสั้นและสามารถเข้าไปสะสมในต่อมไทรอยด์

 
 
ปริมาณรังสีที่ต่อมไทรอยด์ได้รับต่อประชากรของสหรัฐอเมริกา จากการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ในบรรยากาศที่สถานีทดลองเนวาดา (Test Site) ระหว่างปี 1951-1962

ปัจจัยที่มีผลต่อ fallout

สิ่งที่ต้องพิจารณา 2 อย่างในการเลือกตำแหน่งของระเบิดคือ ความสูงและลักษณะของพื้นผิวที่ทำการทดลอง ระเบิดนิวเคลียร์ที่จุดระเบิดในอากาศ เรียกว่า air burst ซึ่งจะทำให้เกิด fallout น้อยกว่าการจุดระเบิดใกล้พื้นดิน เนื่องจากมีส่วนประกอบของแร่ธาตุที่จะทำให้เกิดการเปรอะเปื้อนรังสีและส่งขึ้นไปตามแรงระเบิดน้อยกว่า การระเบิดที่พื้นผิวดิน เรียกว่า surface bursts จะทำให้เกิด fallout ปริมาณมากกว่า

ในกรณีที่จุดระเบิดเหนือผิวน้ำ อนุภาคจะมีขนาดเล็กและเบากว่าจึงทำให้เกิด local fallout น้อยกว่า และจะกินพื้นที่มากกว่า อนุภาคส่วนใหญ่เป็นเกลือทะเลและน้ำ ทำให้เกิดกลุ่มเมฆและฝนตก จึงเป็น local fallout ที่มีปริมาณสูง สำหรับ fallout จากการระเบิดใต้ผิวน้ำทะเลมักจะล้างออกได้ยาก เนื่องจากมากับน้ำทำให้มีการไหลลงไปในช่องว่างของผิวหน้าวัสดุ นอกจากนั้น fission products ที่เป็นอยู่ในรูปไอออนของโลหะจะเกิดปฏิกิริยาและเชื่อมพันธะเคมีกับวัสดุ การล้างด้วยและน้ำยาทำความสะอาด ทำให้กัมมันตภาพบนผิวหน้าของคอนกรีตหรือโลหะลดลงได้ไม่ถึง 50% ซึ่งต้องเสริมด้วยการใช้กรดหรือการพ่นทราย (sandblasting) หลังจากปฏิบัติการ Crossroads ซึ่งเป็นการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ใต้ทะเลนั้น พบว่า ต้องทำความสะอาด fallout ออกจากเรือรบในทันทีโดยการฉีดด้วยน้ำ

การระเบิดใต้พื้นผิวจะมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "base surge" ซึ่งเป็นเมฆที่ม้วนออกมาจากพื้น เป็นลำของฝุ่นที่มีความหนาแน่นสูงหรือหยดน้ำในอากาศ สำหรับการระเบิดใต้ทะเลจะเห็นเป็นกลุ่มเมฆที่เป็นหยดน้ำ เมื่อน้ำระเหยไปแล้ว จะเป็น base surge ที่มองไม่เห็น เนื่องจากเหลืออยู่แต่อนุภาคของสารกัมมันตรังสีขนาดเล็ก

ในการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ใต้ผิวดิน จะมี surge ที่ประกอบด้วยอนุภาคที่เป็นของแข็งขนาดเล็ก ส่วนประกอบของ base surge จากการระเบิดใต้ผิวดิน ส่วนใหญ่เป็นแร่ธาตุที่อยู่ในดิน โดยมีวัสดุที่เป็นส่วนประกอบของระเบิดประมาณ 10% และมีปริมาณรังสีสูงกว่า fallout

 
  ในการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ที่เนวาดา ปริมาณรังสีแกมมาจาก fallout ทั้งหมดในช่วงปี 1950-7 เป็นรังสีแกมมาจากภายนอกร่างกาย fallout ถูกการกำหนดให้มีทิศทางไปทางด้านเหนือและด้านตะวันออกของสถานีทดลอง โดยจะทดลองเฉพาะเมื่อทิศทางลมเป็นไปตามที่กำหนดเท่านั้น

สภาพภูมิอากาศ (Meteorological)

สภาพภูมิอากาศมีผลอย่างมากต่อ fallout โดยเฉพาะกับ fallout ในพื้นที่ (local fallout) กระแสลมสามารถพัดพาให้ fallout กระจายออกไปในบริเวณกว้าง ตัวอย่างเช่น ผลของระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์แบบระเบิดที่พื้น (surface burst) ขนาด 15 Mt ในปฏิบัติการ Castle Bravo ที่หมู่เกาะ Bikini Atoll เมื่อ 1 มีนาคม 1954 พื้นที่รูปซิการ์ในมหาสมุทรแปซิฟิกด้านใต้ลม เป็นระยะทางมากกว่า 500 กิโลเมตร มีความกว้างประมาณ 100 กิโลเมตร มีการเปรอะเปื้อนกัมมันตรังสีอย่างรุนแรง

หลังจากปฏิบัติการ Bravo พบว่า fallout ได้กระจายออกไปและตกลงบนผิวน้ำของมหาสมุทร และมีการคำนวณปริมาณรังสีบนแผ่นดิน โดยคูณปริมาณรังสีที่มหาสมุทรหลังจากการทดลองแล้ว 2 วัน ด้วย 530 ในปี 1954 มีการทดลองครั้งอื่นอีกหลายครั้ง รวมทั้งปฏิบัติการ Yankee และ Nectar ซึ่งมีการทำแผนที่ผลการวัดกัมมันตภาพรังสีโดยใช้เรือที่ติดตั้งเครื่องวัดรังสีใต้ผิวน้ำ คล้ายกับการทดลองในปฏิบัติการ Zuni และ Tewa ในปี 1956 แต่ส่วนใหญ่แล้วสหรัฐจะใช้คำนวณโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ 'DELFIC' (Defence Land Fallout Interpretive Code)

หิมะและฝนเป็นตัวเร่งให้เกิด fallout ในพื้นที่ (local fallout) สภาพอากาศบางอย่าง เช่น การเกิดฝนตกเหนือกลุ่มเมฆกัมมันตรังสี จะจำกัดพื้นที่ของการเปรอะเปื้อนสารรังสี ทำให้เหลือเพียงส่วนที่อยู่ใต้ลมเท่านั้น

 
  เปรียบเทียบปริมาณรังสีแกมมาจาก fallout และขอบเขตของความเข้มรังสีจากระเบิดบนพื้นดินขนาด 1 เมกกะตัน คำนวณโดยใช้โปแกรม DELFIC (Defence Land Fallout Interpretive Code)
 
  การทดลองระเบิดนิวเคลียร์ Baker ขนาด 23 kilotons แบบใต้น้ำ ที่ความลึก 90 ฟุต
ในปฏิบัติการ Crossroads ที่หมู่เกาะ Bikini Atoll เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคม 1946

ผลจาก fallout
การได้รับรังสีในสัตว์อาจจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยาขึ้นหลายรูปแบบ ถ้าได้รับรังสีปริมาณสูงมาก รังสีที่ผ่านไปทั่วร่างกายอาจทำให้เสียชีวิตในทันที หรือการได้รับรังสีปริมาณต่ำอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาหนึ่ง อาจจะทำให้เกิดผลสะสมของการได้รับรังสีในภายหลัง

ความแรงรังสี (exposure) มีหน่วยวัดเป็นเรินท์เกน (Roentgen) ซึ่งเป็นการเกิดการไอออไนซ์ต่อปริมาตรของอากาศ เครื่องมือวัดที่ใช้หลักการทำให้เกิดไอออน เช่น geiger counters และ ionisation chambers ใช้วัดค่าความแรงรังสี แต่ผลของรังสีเป็นการถ่ายเทพลังงานต่อมวลของอากาศ เรียกว่า เกรย์ (gray) โดย 1 เกรย์ เป็นปริมาณรังสีที่ตัวกลางได้รับในรูปของพลังงาน 1 จูลต่อกิโลกรัม สำหรับรังสีแกมมาพลังงาน 1 MeV ที่มีความแรง 1 roentgen จะทำให้น้ำหรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชิวิตได้รับปริมาณรังสี 0.01 gray หรือ 1 centigray (cGy) ไขกระดูกที่อยู่ลึกลงไปจากเนื้อเยื่อ จะได้รับรังสีประมาณ 0.67 cGy

ผลระยะสั้น (Short term)
ปริมาณรังสีที่ทำให้เสียชีวิต 50% หรือ Median lethal dose (LD50) เป็นตัวแปรที่แสดงปริมาณรังสีที่ทำให้ประชากร 100 คน จะเสียชีวิต 50 คน ค่านี้มักใช้ในการศึกษาผลที่เกิดขึ้นรุนแรงในทันที ช่วงเวลาปกติที่ใช้กันคือ 30 วันหรือต่ำกว่าสำหรับทดลองในห้องปฏิบัติการกับสัตว์ ขนาดเล็ก หรือ 60 วัน สำหรับคนหรือสัตว์ขนาดใหญ่ โดย LD50 เป็นค่าที่ใช้กับผลที่เกิดจากรังสีเท่านั้น ไม่รวมถึงการบาดเจ็บหรือการได้รับการรักษาทางการแพทย์

สำหรับกรณีที่ได้รับการรักษาทางการแพทย์อย่างดี ค่าประมาณของ LD50 จากการได้รับรังสีแกมมา คือ 3.5 Gy ถ้าอยู่ในสภาวะที่ไม่เหมาะสม เช่น ภาวะสงคราม มีปัญหาทางโภชนาการ ไม่ได้รับการดูแลรักษาที่ดี LD50 จะมีค่า 2.5 Gy (250 rad) แต่มีรายงานบางชิ้นที่มีผู้รอดชีวิตจากการได้รับรังสีเกิน 6 Gy มีคนหนึ่งที่รอดชีวิตจากอุบัติเหตุที่เชอร์โนบิลจากการได้รับรังสีมากกว่า 10 Gy แต่คนส่วนใหญ่มักจะได้รับรังสีทั่วร่างกายไม่เท่ากัน เช่น มีคนหนึ่งได้รับรังสีที่แขนหรือมือ 100 Gy ทำให้คำนวณออกมาเป็นปริมาณการได้รับรังสีทั่วร่างกาย 4 Gy จะมีโอกาสรอดชีวิตมากกว่าคนที่ได้รับรังสีทั้งตัวด้วยปริมาณ 4 Gy การได้รับรังสีที่มือ 10 Gy หรือมากกว่าอาจจะทำให้ต้องสูญเสียมือไป มีช่างถ่ายภาพด้วยรังสีทางอุตสาหกรรมของอังกฤษ ต้องสูญเสียมือไปเนื่องจากได้รับรังสีที่มือต่อเนื่องจนมีปริมาณสะสม 100 Gy คนส่วนใหญ่จะมีอาการป่วยเมื่อได้รับรังสีประมาณ 1 Gy หรือมากกว่า ตัวอ่อนในสตรีที่ตั้งครรภ์จะมีความไวและอ่อนแอกว่าจึงมีโอกาสที่จะแท้งได้ โดยเฉพาะในช่วงสามเดือนแรก ภาวะทางชีววิทยาของมนุษย์จะมีความต้านทานต่อการกลายพันธุ์ (mutation) จากการได้รับรังสีสูง ตัวอ่อนที่ได้รับรังสีทั้งตัวและมีพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไปจึงมักจะแท้ง

หนึ่งชั่วโมงหลังจากการระเบิดที่พื้นผิวดิน ปริมาณรังสีจาก fallout ที่บริเวณหลุมระเบิดจะมีค่าประมาณ 30 เกรย์ต่อชั่วโมง (Gy/h) ปริมาณรังสีที่ประชาชนได้รับในช่วงเวลาปกติมีค่าประมาณ 30 ถึง 100 ไมโครเกรย์ต่อปี (mGy/a)

รังสีจาก fallout มีการสลายตัวทำให้ปริมาณลดลงตามเวลาแบบเอ๊กโปเนนเชียล พื้นที่ส่วนใหญ่จะมีความปลอดภัย จนสามารถเดินทางเข้าไปและชำระความเปรอะเปื้อนของสารรังสีได้หลังจากเวลาผ่านไป 3 ถึง 5 สัปดาห์

รังสีที่มีอันตรายมากที่สุดจาก fallout คือ รังสีแกมมา ซึ่งมีการเดินทางเป็นแนวตรงคล้ายกับแสง อนุภาคจาก fallout ปล่อยรังสีแกมมาในลักษณะเดียวกับที่หลอดไฟให้แสงออกมา เราไม่สามารถมองเห็น ได้กลิ่น หรือสัมผัสได้ถึงรังสีแกมมา การตรวจวัดรังสีแกมมาต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ เช่น เครื่องวัดไกเกอร์ (geiger counters) หรือ เครื่องบันทึกปริมาณรังสี (dosimeters)

ระเบิดนิวเคลียร์ที่มีแรงระเบิดเทียบเท่ากับ TNT 10 กิโลตัน (kt) จะให้รังสีส่วนใหญ่ออกมาในทันที (prompt radiation) ขณะที่ระเบิด คนที่ได้รับรังสีในปริมาณที่เกินกว่าจะรับได้ (incapacitating dose ) หรือประมาณ 30 Gy ร่างกายจะเสียหายทั้งหมดและเสื่อมสภาพลง แต่จะยังไม่เสียชีวิตจนกระทั่งเวลาผ่านไปแล้วประมาณ 5 ถึง 6 วัน ถ้าไม่ได้รับบาดเจ็บอย่างอื่น

การได้รับรังสีทั้งตัวน้อยกว่า 1.5 เกรย์ ยังไม่ทำให้เกิดความเสียหาย แต่การได้รับรังสีมากกว่า 1.5 Gy อาจจะทำให้อวัยวะภายในร่างกายได้รับความเสียหายและบางคนอาจเสียชีวิตได้
การได้รับรังสีปริมาณ 5.3 Gy ถึง 8.3 Gy ถือว่าเป็นอันตรายมาก แต่จะไม่ทำให้เกิดความเสียหายในทันที ผู้ได้รับปริมาณรังสีระดับนี้ ร่างกายจะเสื่อมสภาพลงภายใน 2 ถึง 3 ชั่วโมง ระดับความเสียหายจะขึ้นอยู่กับความสำคัญของอวัยวะที่ได้รับรังสี โดยจะอยู่ในสภาวะนี้อย่างน้อย 2 วัน หลังจากนั้นร่างกายจะอยู่ในสภาวะฟื้นฟูตัวเองประมาณ 6 วัน ต่อจากนั้นจะทรุดลงอีกประมาณ 4 สัปดาห์ ถึงจุดนี้จะเริ่มแสดงอาการของผลจากการได้รับรังสีและจะเสียชีวิตประมาณ 6 สัปดาห์หลังจากได้รับรังสี แต่ผลที่เกิดขึ้นนี้อาจจะแตกต่างกันไปในแต่ละราย

ผลระยะยาว Long term
ผลที่เกิดขึ้นในภายหลังแตกต่างกันขึ้นกับปริมาณรังสีที่ได้รับ ผลระยะยาวอาจจะปรากฏขึ้นหลังจากได้รับรังสีแล้วเป็นเดือนหรือเป็นปี อาการจะขึ้นกับการได้รับรังสีทั้งตัวหรือบางอวัยวะ การเจ็บป่วยจากรังสีอาจจะทำให้ชีวิตสั้นลง เกิดโรคมะเร็ง ต้อกระจก เป็นมะเร็งผิวหนังเรื้อรัง สุขภาพทรุดโทรมลง และมีการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม

 
 

การทดลองระเบิดนิวเคลียร์ Baneberry ขนาด 10 กิโลตัน แบบใต้พื้นดิน ที่เนวาดา (Nevada Test Site) เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม 1970

Fallout ทางยุทธวิธีด้านทหาร (Tactical military considerations)

การบาดเจ็บจากแรงกระแทก (Blast) และถูกไฟไหม้ที่ได้รับจากการใช้อาวุธนิวเคลียร์ทางการทหารนั้น มีจำนวนมากกว่าผู้ที่ได้รับบาดเจ็บจากการได้รับรังสีมาก แต่การบาดเจ็บจากการได้รับรังสี มีลักษณะที่ซับซ้อน และให้ผลที่หลากหลายมากกว่าผลที่ได้รับจากแรงกระแทกและการถูกไฟไหม้จึงทำให้เกิดความเข้าใจผิดในเรื่องนี้ขึ้น

การจุดระเบิดนิวเคลียร์นั้นยิ่งอยู่ใกล้กับพื้นดิน ยิ่งทำให้ฝุ่นและดินทรายถูกพัดพาขึ้นไปสู่อากาศมากขึ้น เป็นผลให้มี fallout ในพื้นที่ (local fallout) มากขึ้น แต่ถ้ามองในแง่ยุทธวิธีจะไม่มีประโยชน์ เพราะจะทำให้ไม่สามารถเข้ายึดพื้นที่ได้จนกว่าจะกำจัด fallout ออกไปได้หมด การจุดระเบิดที่ระดับพื้นดินจะจำกัดอำนาจในการทำลายของแรงระเบิด ซึ่งจะมีการใช้เฉพาะในกรณีที่ต้องการทำลายเป้าหมายที่อยู่ใต้พื้นดิน เช่น ศูนย์บัญชาการหรือคลังขีปนาวุธ การใช้ระเบิดปรมาณูเพื่อทำให้เกิด fallout ปริมาณในดินแดนข้าศึก จะทำให้ศัตรูไม่สามารถเข้าสู่พื้นที่ที่มีการเปรอะเปื้อนรังสีได้ แต่โดยทั่วไปถือว่าเป็นการกระทำที่ผิดจริยธรรมทางทหาร

 
  เปรียบเทียบการประมาณผลการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ Zuni ขนาด 3.53 Mt ที่หมู่เกาะ Bikini ในปี 1956 โดย Edward A. Schuert.

 

ถอดความจาก Nuclear fallout
เวบไซต์ www.wikipedia.com