ČOS vydání Oprava 2 ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD POŽADAVKY NA KONSTRUKCI BOJOVÝCH VOZIDEL KE ZLEPŠENÍ OCHRANY PŘED ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2

ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD

POŽADAVKY NA KONSTRUKCI BOJOVÝCH VOZIDEL KE ZLEPŠENÍ OCHRANY PŘED ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ


(VOLNÁ STRANA)

2


ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD POŽADAVKY NA KONSTRUKCI BOJOVÝCH VOZIDEL KE ZLEPŠENÍ OCHRANY PŘED ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Základem pro tvorbu tohoto standardu byly originály následujících dokumentů: STANAG 4328, Ed. 2

GUIDELINES TO IMPROVE NUCLEAR RADIATION PROTECTION OF MILITARY VEHICLES (AEP-14) Směrnice ke zlepšení ochrany vojenské techniky před jaderným zářením (AEP-14)

AEP-14, Ed. 4

GUIDELINES TO IMPROVE NUCLEAR RADIATION PROTECTION OF MILITARY VEHICLES Směrnice ke zlepšení ochrany vojenské techniky před jaderným zářením

© Úřad pro obrannou standardizaci, katalogizaci a státní ověřování jakosti Praha 2009

3

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 OBSAH Strana 1

Předmět standardu……...………………………….………………………..……...

2

Nahrazení standardů (norem)…...….………………………………………………

3

Souvisící dokumenty…..……………....…………………………..…..…………...

4

Zpracovatel ČOS…........…………………………………….…….………..……...

5

Použité zkratky, značky a definice…….....…..………………………………….....

5.1

Zkratky a značky…………………………………………………………………...

5.2

Definice…………………………………………………………………………….

6

Radiační ochrana bojových vozidel.....…………………………………………….

6.1

Cíl radiační ochrany…….………………………………………………………….

6.2

Veličiny a jednotky pro posuzování radiační ochrany……………………………..

6.3

Dosažení požadované radiační ochrany vozidel……………………….…………..

7

Výběr materiálu a jeho úprava……....……………………………………………..

7.1

Materiály k odstínění záření gama…………………...…………………………….

7.2

Materiály k odstínění neutronového záření…………………………………….…..

7.3

Úprava materiálů pro radiační ochranu………………………………………….....

8

Požadavky na konstrukci vozidel…………………………………………………..

9

Ochrana elektroniky………………………………………………………………..

9.1

Ochrana elektroniky před zářením gama ….……………………………………..

9.2

Ochrana elektroniky před neutronovým zářením ………………………………..

9.3

Ochrana před ionizačním účinkem celkové dávky ………………………………..

10

Umístění detektorů ionizujícího záření…………………………………………….

11

Analýza radiační ochrany vozidel………………………………….………………

12

Testování a hodnocení radiační ochrany……….…………………………………..

12.1

Vybavení zkušebních středisek …………………………………………………

12.2

Činnost zkušebních středisek ……………………………………………………

4

5 5 5 6 6 6 7 9 9 9 9 10 11 11 11 17 18 18 18 19 19 19 20 20 21


1

Předmět standardu

ČOS 666504, 1. vydání, zavádí do prostředí ČR STANAG 4328, Ed. 2(AEP-14, Ed. 4), ke kterému ČR přistoupila s výhradou, že není schopna provádět experimentální testování ochrany vojenské techniky před jaderným zářením tak, jak je popsáno v AEP-14, kapitola 7. Výhrada je v textu ČOS plně respektována. ČOS definuje požadavky na konstrukci bojových vozidel a způsoby hodnocení jejich radiační ochrany.

2

Nahrazení standardů (norem) Tento standard nenahrazuje žádnou normu nebo standard.

3

Souvisící dokumenty

ČSN ISO 31-10

– Veličiny a jednotky - Část 10: Jaderné reakce a ionizující záření

STANAG 2521

– CBRN DEFENCE ON OPERATIONS - ATP-3.8.1 VOL I Ochrana proti ZHN v průběhu operací – ATP-3.8.1, svazek I

AEP-4

– NUCLEAR SURVIVABILITY CRITERIA FOR ARMED FORCES MATERIAL AND INSTALLATIONS Kritéria odolnosti vojenského materiálu a zařízení vůči účinkům jaderného výbuchu

AEP-7

– NUCLEAR, BIOLOGICAL AND CHEMICAL (NBC) DEFENCE FACTORS IN THE DESIGN, TESTING AND ACCEPTANCE OF MILITARY EQUIPMENT Konstrukce, zkoušení a zavádění vojenského materiálu z hlediska odolnosti vůči vybraným účinkům zbraní hromadného ničení

AEP-19

– NUCLEAR PROTECTION DESIGN CONSIDERATIONS FOR MOBILE SHELTERS Technické požadavky na ochranu mobilních úkrytů před účinky jaderných zbraní

AEP-22

– A GUIDE TO TRANSIENT RADIATION EFFECTS ON ELECTRONICS AT THE TACTICAL LEVEL (LAND FORCES) Směrnice týkající se účinků dočasného záření na elektroniku na taktickém stupni

AEP-25

– NUCLEAR BLAST AND THERMAL TEST METHODS AND PROCEDURES Způsoby testování imitací tlakové vlny a tepelného záření jaderného výbuchu

NN 30 0101

– CHEMICKÉ VOJSKO - Názvoslovná norma

5


4

Zpracovatel ČOS

VOP-026 Šternberk, s. p., divize VTÚO Brno, Ing. Pavel Čuda, Ph.D., Ing. Pavel Lebeda, Ing. Jaroslav Kareš.

5

Použité zkratky, značky a definice

5.1

Zkratky a značky

Zkratka

Název v originálu

Český název

AČR

Armáda České republiky

AEP

Allied Engineering Publication

Spojenecká technická publikace

AFVs

Armo(u)red Fighting Vehicles

Obrněná bojová vozidla

ALARA

As Low As Reasonably Achievable Tak nízké jak lze rozumně dosáhnout

ANISN

Anisotropic SN code

Program pro výpočet přenosu záření v jednom směru s možností zpracování obecného anizotropního rozptylu

APF

Aerosol Protection Factor

Koeficient ochrany pro aerosoly Bojové vozidlo pěchoty / obrněný transportér

BVP/OT CVPF

Contaminated Vehicle Protection Factor

Koeficient ochrany pro kontaminované vozidlo

GPF

Gamma Protection Factor

Koeficient ochrany pro záření gama

GRF

Gamma Reduction Factor

Koeficient oslabení pro záření gama

HPAC

Hazard Prediction and Assessment Capability code

Program pro výpočet kontaminace při použití ZHN nebo při průmyslových haváriích

kT

Kilotuna (trinitrotoluenu)

LLR

Low Level Radiation

Nízká úroveň radiace

MASH

Monte Carlo Adjoint Shielding

Programový balík Adjungované stínění Monte Carlo

MCNP

Monte Carlo N-Particle Transport Code

Program MCNP pro analýzu stínění

MO ČR

Ministerstvo obrany České republiky

6

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 NPF

Neutron Protection Factor

Koeficient ochrany pro neutronové záření

NRF

Neutron Reduction Factor

Koeficient oslabení pro neutronové záření Polyuretan s příměsí bóru

PUR(B) SI

International System of Units

Mezinárodní organizace pro normalizaci

STANAG

NATO standardization agreement

Standardizační dohoda NATO

SGF

Secondary Gamma Factor

Koeficient ochrany pro (sekundární) indukované záření gama Počítačový program umožňující provedení výpočtů ANISN

STREAM TPF

Celkový koeficient ochrany

Total Protection Factor

Takticko-technické požadavky

TTP VPF

Vehicle Protection Factor code

Zbraně hromadného ničení

ZHN 5.2

Program pro stanovení koeficientu oslabení vozidla využitím systému ANISN

Definice

APF

APF – koeficient ochrany pro aerosoly je poměr 50letého efektivního dávkového ekvivalentu způsobeného inhalací na otevřeném terénu Deffo k 50letému efektivnímu dávkovému ekvivalentu způsobenému inhalací uvnitř vozidla Deffi. Platí APF 

CVPF

Deffo Deffi

CVPF – koeficient ochrany pro kontaminované vozidlo je poměr dávky záření gama na volném prostranství (ve výšce 1 m) Dgo k dávce záření uvnitř vozidla způsobenou kontaminací vozidla Dgc. Platí CVPF 

GPF

Dgo Dgc

GPF – koeficient ochrany pro záření gama je poměr dávky gama na otevřeném prostranství Dgo k součtu dávky záření gama uvnitř vozidla způsobenou průnikem záření gama z vnějšího prostoru Dgg a dávky způsobené indukovaným (sekundárním) zářením gama Dgn. Platí GPF  7

Dgo Dgg  Dgn

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 GRF

GRF – koeficient oslabení pro záření gama. Je definován jako poměr dávky od záření gama na volném prostranství Dgo k dávce záření gama uvnitř vozidla způsobené pouze průnikem záření gama z vnějšího prostoru Dgg. Platí GRF 

Dgo Dgg

Koeficient ochrany

Koeficient ochrany (bezrozměrné číslo) je poměr celkové dávky (dávkového příkonu) od neutronů a záření gama na volném prostranství ve výšce 1 m nad terénem k celkové dávce (dávkovému příkonu) na daném místě uvnitř vozidla (se zápočtem indukované dávky záření gama).

Koeficient oslabení

Koeficient oslabení (bezrozměrné číslo) je poměr dávky (dávkového příkonu) záření na otevřeném prostranství ve výšce 1m nad povrchem terénu k dávce (dávkovému příkonu) na daném místě uvnitř vozidla.

NPF

NPF – koeficient ochrany pro neutronové záření je poměr dávky neutronového záření na volném prostranství Dno k součtu dávky od neutronů uvnitř vozidla Dni a dávky způsobené indukovaným zářením gama Dgn. Platí NPF 

NRF

Dno Dni  Dgn

NRF – koeficient oslabení pro neutronové záření. Je definován jako poměr dávky neutronového záření na volném prostranství Dno k dávce od neutronů uvnitř vozidla Dni. Platí NRF 

SGF

SGF – koeficient ochrany pro indukované záření gama je poměr dávky záření gama způsobenou indukovanou radiací Dgn ve vozidle k dávce neutronového záření na volném prostranství Dno. Platí SGF 

TPF

Dno Dni

Dgn Dno

TPF – celkový koeficient ochrany je dán poměrem celkové dávky na volném prostranství Do k celkové dávce uvnitř vozidla Di. Celková dávka na otevřeném prostranství je součet dávky od záření gama Dgo a dávky od neutronového záření Dno. Celková dávka od záření gama uvnitř vozidla Dgi je rovna součtu Dgg + Dgn. Celková dávka uvnitř vozidla od záření gama a neutronového záření je součet Dgi + Dni. Platí TPF 

Do Dgo  Dno Dgo  Dno   Di Dgi  Dni Dgg  Dgn  Dni

8


6

Radiační ochrana bojových vozidel

6.1

Cíl radiační ochrany

Cílem radiační ochrany obecně je snížit škodlivé účinky ionizujícího záření tak, aby riziko ohrožení života a zdraví osádek bylo tak nízké, jak lze rozumně dosáhnout při uvážení hospodářských a společenských hledisek. Cílem radiační ochrany bojových vozidel AČR je udržení dávek ALARA podle STANAG 2473. 6.2

Veličiny a jednotky pro posuzování radiační ochrany

Pro posouzení škodlivých účinků ionizujícího záření na živou sílu se používají veličiny dávka a dávkový ekvivalent. Jednotkou dávky je gray [Gy], jednotkou dávkového ekvivalentu je sievert [Sv]. Definice veličin a jednotek jsou uvedeny v platné ČSN ISO 31-10. Míru radiačního odstínění bojového vozidla vyjadřuje koeficient oslabení a koeficient ochrany. Koeficient oslabení se vztahuje pouze k jednomu konkrétnímu druhu záření a konkrétnímu místu ve vozidle. Koeficient ochrany se používá při posuzování radiační ochrany vozidla před neutronovým zářením a směsným zářením neutronů a záření gama. Pro posuzování účinnosti radiační ochrany používá ČOS koeficienty oslabení a koeficienty ochrany APF, CVPF, GPF, GRF, NPF, NRF, SGF a TPF, definované v čl. 5.2. Obvyklé v tabulce 1.

ochranné

koeficienty soudobých

vojenských

vozidel

Tabulka 1 – Ochranné koeficienty soudobé bojové techniky Koeficient ochrany vozidla Prostředek NPF** GPF** GPF CVPF Tank 1,5 20 25 16 BVP/OT 1,2 2,5 3 4,5 Nákladní vozidlo 1 1,1 2 3,3

jsou

uvedeny

APF 3000* 3000* 1

* předpokládaná kolektivní ochrana s přetlakem a filtroventilací ** hodnoty platí jen po dobu trvání pronikavé radiace (max. asi 1 minuta po výbuchu)

6.3

Dosažení požadované radiační ochrany vozidel

Dosáhnout požadovanou radiační ochranu je možné při vývoji nového vozidla nebo při zásadní modernizaci stávajícího vozidla. 6.3.1 Dosažení požadované radiační ochrany při vývoji nového vozidla Pro dosažení požadované radiační ochrany vyvíjeného vozidla je nutné dodržet tento postup: 1. Stanovit cílový koeficient ochrany TPF podle požadavku TTP, 9

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 2. Stanovit koncepci konstrukce vozidla, 3. Určit koeficient ochrany TPF pro danou koncepci odhadem nebo výpočtem pomocí programů VPF a STREAM, 4. Stanovit tloušťku a strukturu materiálu stěn vozidla pro dostatečnou radiační ochranu odhadem nebo výpočtem pomocí programu ANISN, 5. Ověřit, zda tloušťka materiálu pro radiační ochranu vyhovuje, 6. Změnit konstrukci nebo zvážit technologická omezení, pokud tloušťka nevyhovuje a pak pokračovat ve vývoji, 7. Postavit zkušební vozidlo, při výrobě dodržovat stanovené technologické postupy, 8. Provést předepsané zkoušky vozidla a zjistit jeho úroveň radiační ochrany, 9. Pokračovat až k výrobě, pokud je radiační ochrana vyhovující. Jinak zjistit důvod, proč radiační ochrana nevyhovuje, a vrátit se k odpovídajícímu bodu postupu. 6.3.2 Dosažení požadované radiační ochrany při modernizaci staršího vozidla Pro zdokonalení radiační ochrany stávajícího vozidla je nutné dodržet tento postup: 1. Stanovit cílový koeficient ochrany TPF podle požadavku TTP a podle rozmístění materiálu a osádky, 2. Určit stávající koeficient ochrany TPF odhadem nebo výpočtem pomocí programů VPF a STREAM, 3. Stanovit plochy s nízkou radiační ochranou odhadem nebo pomocí výpočtů, 4. Vzít do úvahy hmotnost, cenu, fyzikální a chemické vlastnosti prostředí a navrhnout konstrukci a technologii úprav, 5. Určit nejlepší dosažitelný koeficient ochrany TPF kontrolou naměřených dat, odhadem nebo výpočtem, 6. Vybrat vhodný stínící materiál, pokud koeficient ochrany TPF vyhovuje stanoveným požadavkům. Pokud nevyhovuje změnit podmínky modernizace a pokud to není možné, pak modernizaci nelze provést, 7. Postavit zkušební vozidlo, pokud změna umožní dosáhnout požadovaný stupeň ochrany, 8. Provést předepsané zkoušky vozidla a zjistit úroveň jeho radiační ochrany 9. Pokračovat až k výrobě, pokud radiační ochrana vyhovuje stanoveným požadavkům. Pokud nevyhovuje, zjistit důvod a vrátit se k odpovídajícímu bodu postupu.

7

Výběr materiálu a jeho úprava

Pancíř bojového vozidla musí poskytovat dostatečnou ochranu osádek před účinky ionizujícího záření. Tento ČOS stanovuje požadavky na radiační ochranu bojových vozidel. Osádky bojových vozidel jsou z hlediska vnějšího ozáření nejvíce ohroženy zářením gama a neutronovým zářením.

10

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 7.1

Materiály k odstínění záření gama

Záření gama nejlépe zeslabují vrstvy materiálů s vysokou hustotou. Čím má materiál vyšší hustotu, tím lépe stíní záření gama. Stínící schopnost materiálu složeného z více vrstev různého složení je na pořadí vrstev nezávislá. Pancíře soudobých vojenských vozidel jsou vyráběny z legovaných ocelí. Přiměřená tloušťka pancíře poskytuje kromě balistické ochrany i radiační ochranu před zářením gama. 7.2

Materiály k odstínění neutronového záření

Při jaderném výbuchu představuje dávka od neutronového záření 83 až 95 procent z celkové obdržené dávky záření od pronikavé radiace. Pro odstínění neutronového záření se používají materiály, které obsahují velké množství atomů lehkých prvků, zvláště pak vodíku (hydrogenní materiály). Pro dosažení radiační ochrany před neutronovým zářením se v praxi používá čistý polyetylén, polyetylén s příměsí bóru, polyetylén s příměsí lithia, polyuretan s příměsí bóru a hydrid titanu. Stínící materiály musí mít vysokou elasticitu a dobrou přilnavost. Další skupinou materiálů s dobrou schopností redukovat množství procházejících neutronů jsou kovy s vysokým účinným průřezem. Pokud se dá vybrat z více kovů, zvolí se takový, který má vysoký účinný průřez a velkou hustotu. Nejvhodnějšími kovy jsou tantal, wolfram a uran. Pokud je ochuzený uran součástí pancíře, musí být umístěn mezi dvěma vrstvami oceli tloušťky alespoň 2 cm. 7.3

Úprava materiálů pro radiační ochranu

Průchodem neutronů přes materiál, který odstiňuje neutronové záření, dochází ke vzniku sekundárního (indukovaného) záření gama. Záření vzniká buď záchytem tepelných neutronů, nebo nepružným rozptylem rychlých neutronů. Dávka od sekundárního záření gama může být nebezpečná, a proto se toto záření musí rovněž odstínit. Na vnitřní straně stěny vozidla je nutno použít další materiál pro odstínění sekundárního záření gama. K dosažení optimální ochrany proti neutronovému záření a záření gama se musí použít kombinace kovových desek a vrstev materiálu s vysokým obsahem vodíku. Ke konstrukci stěn moderních bojových vozidel lze použít i materiály jako jsou sklo, keramika a pryž. 7.3.1 Doporučené pořadí vrstev čtyřvrstvého pancíře (možné varianty):

-

jako vnější vrstva pancíře se používá tenká vrstva bóru. Bór může být přimícháván do epoxidové pryskyřice rovnoměrně nanášené na povrch pancíře, jako druhá vrstva se používá ocel o tloušťce 5 cm a vyšší, třetí vrstva musí být tvořena materiálem bohatým na vodík. Pokud tato vrstva neobsahuje bór nebo lithium, pak musí slabá vrstva bóru oddělovat materiál bohatý na vodík od oceli. V této vrstvě se nesmí používat gadolinium nebo kadmium, poslední vrstvou je ocel. Jestliže v sousední vrstvě plastu není přítomen materiál absorbující tepelné neutrony musí být oddělen vrstvou bóru, konkrétní složení vrstev pancíře vždy stanoví dohoda mezi výrobcem a odběratelem. 11


7.3.2 Pořadí a složení třívrstvého pancíře (možné varianty):

- ideální uspořádání představuje čistý polyetylén mezi stejně silnými ocelovými vrstvami,

- pro polyetylén s přídavkem bóru musí být dvě třetiny tloušťky oceli vně a jedna třetina tloušťky oceli uvnitř,

- pro polyetylén s přídavkem lithia musí být tři čtvrtiny tloušťky oceli vně a jedna čtvrtina tloušťky oceli uvnitř,

- konkrétní složení vrstev pancíře vždy stanoví dohoda mezi výrobcem a odběratelem. 7.3.3 Zásady pro návrh konstrukce pancířů Jako maketa bojového vozidla se používá ocelová skříň o rozměrech 5 x 3 x 1,5 m (skříň definovaná podle AEP-14), která má stínící vlastnosti podobné jako prázdný tank. Při návrhu konstrukce nového vozidla se doporučuje používat koeficienty ochrany pro tuto skříň. Obecně jsou pro návrh pancíře doporučeny tyto zásady:

- jestliže je stanovena určitá hmotnost na jednotku plochy bez ohledu na tloušťku stěny, použije se tolik materiálu bohatého na vodík, kolik je možno,

- jestliže je dána tloušťka stěny a složení stěny je omezeno pouze na oceli a plastické hmoty a není omezen poměr tloušťky obou materiálů, pak se použije celkový poměr tloušťky oceli a materiálu bohatého na vodík 1:1,

- při dané tloušťce stěny a při snaze o dosažení nejvyššího koeficientu oslabení

bez ohledu na hmotnost a náklady, se použije tantal nebo wolfram v kombinaci s hydridem titanu, hydridem zirkonu nebo hydridem ytria.

7.3.4 Návrh stěny pro radiační ochranu vozidla před neutronovým zářením Tabulka 2 a obrázek 1 obsahují údaje pro návrh tloušťky stěny v závislosti na koeficientu ochrany pro neutronové záření (NPF). Údaje platí pro ocelovou skříň 5 x 3 x 1,5 m s vnitřní vrstvou polyuretanu s příměsí bóru a vnější vrstvou 1 mm bóru. Tabulka 2 – Koeficienty ochrany pro neutronové záření 1 mm bóru + ocel (cm) PUR(B) (cm) 1 2 3 4 5 7,5 10 15 0 1 1,1 1,1 1,2 1,2 1,4 1,6 2 2 1,8 2 2,2 2,5 2,7 3,4 4,4 6,8 3 2,3 2,5 2,9 3,2 3,6 4,7 5,9 9,5 4 2,8 3,2 3,5 4 4,5 5,8 7,7 12 5 3,4 3,7 4,4 4,9 5,4 7 9,6 15 6 4 4,5 5,1 5,7 6,5 8,7 11,2 18 8 5,5 6,2 7 8 8,6 11,4 15,3 25 10 7,2 8,1 9,6 10,4 11,5 14,7 19 33 NPF 12

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 Koeficienty jsou vypočteny pro střed skříně ve vzdálenosti 680 m od epicentra jaderného výbuchu a jsou průměrem pro čtyři orientace skříně vzhledem ke spojnici s epicentrem (0, 90, 180 a 270 stupňů). Jde o simulaci výbuchu štěpné munice o mohutnosti 1 kT ve výšce 100 m nad povrchem terénu. Dno skříně je zapuštěno 0,5 m pod úroveň terénu. Tabulka 2 je v grafické podobě zobrazena na obrázku 1. Ten vyjadřuje závislost koeficientu ochrany pro neutronové záření na celkové tloušťce materiálu daného složení.

Obrázek 1 – Koeficienty ochrany pro neutronové záření Tabulka 2 a obrázek 1 umožňují stanovit požadovaný NPF pro kombinaci ocel/plastická hmota. 7.3.5 Návrh stěny vozidla pro radiační ochranu před zářením gama Tabulka 3 a obrázek 2 obsahují údaje pro návrh tloušťky stěny v závislosti na koeficientu ochrany pro záření gama. Údaje platí pro ocelovou skříň 5 x 3 x 1,5 m s vnitřní vrstvou polyuretanu s příměsí bóru a vnější vrstvou 1 mm bóru. Tabulka 3 – Koeficienty ochrany pro záření gama 1 mm bóru + ocel (cm) PUR(B) (cm) 1 2 3 4 5 7,5 10 0 1,6 2,2 2,9 3,9 5,1 10,2 19,1 2 1,8 2,3 3,2 4,3 5,6 11,2 21,5 3 1,8 2,5 3,3 4,4 5,8 11,6 22,4 4 1,9 2,6 3,4 4,5 5,9 12,1 22,7 5 2 2,7 3,6 4,7 6,1 12,5 23,3 6 2,1 2,8 3,7 4,9 6,4 12,9 23,9 8 2,2 3 4 5,3 6,8 13,9 26,1 10 2,4 3,3 4,3 5,6 7,4 15,1 27,7 GPF

13

15 70 75 78 81 83 87 90 92

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 Koeficienty jsou vypočteny pro střed skříně ve vzdálenosti 680 m od epicentra jaderného výbuchu a jsou průměrem pro čtyři orientace skříně vzhledem ke spojnici s epicentrem (0, 90, 180 a 270 stupňů). Jde o simulaci výbuchu štěpné munice o mohutnosti 1 kT ve výšce 100 m nad povrchem terénu. Dno skříně je zapuštěno 0,5 m pod úroveň terénu. Tabulka 3 je v grafické podobě zobrazena na obrázku 2. Ten vyjadřuje závislost koeficientu ochrany pro záření gama (GPF) na celkové tloušťce materiálu daného složení v centimetrech.

Obrázek 2 – Koeficienty ochrany pro záření gama Tabulka 3 a obrázek 2 umožňují dosáhnout požadovaný GPF pro kombinaci ocel/plastická hmota. Tabulka 4 uvádí koeficienty oslabení pro neutronové záření, které lze použít pro určení možné dávky pro elektronická zařízení. Tabulka 4 – Koeficienty oslabení pro neutronové záření PUR(B) (cm) 1 0 1,1 2 2,1 3 2,9 4 3,9 5 5 6 6,2 8 9,9 10 15,2

2 1,2 2,4 3,5 4,5 5,7 7,5 12,1 18

1 mm bóru + ocel (cm) 3 4 5 7,5 1,2 1,3 1,3 1,5 2,7 3,2 3,4 4,6 3,9 4,2 5 6,6 5 5,9 6,6 8,7 7 7,7 8,7 11,7 9,3 9,9 11,5 15,7 14,1 17,3 18,4 27 24 28 31 44 NRF 14

10 1,7 5,8 8,5 12,1 16,6 24 41 67

15 2,2 9,3 14,8 18,8 34 41 84 172

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 7.3.6 Uspořádání materiálu k ochraně proti pronikavé radiaci Po dobu působení počátečního záření jaderného výbuchu (pronikavé radiace) je hlavním ničivým účinkem neutronové záření. Radiační ochranu osádky poskytují nejenom stěny vozidla, ale jakýkoli materiál s vysokým obsahem atomů vodíku, který v blízkosti obsluhy přispívá ke zvýšení radiační ochrany. Pro zvýšení radiační ochrany před pronikavou radiací jsou obecně doporučeny tyto zásady:

- Chráněný objem musí být pokud možno co nejmenší a umístění stínícího materiálu co možno nejblíže předmětu zájmu,

- Všeobecně je nejdůležitější zvýšit ochranu u stěn blízkých prostorům zájmu a těch, které poskytují poměrně malou ochranu,

- U stávajících vozidel prochází většina pronikavé radiace stropem. U tanku je to stropem tankové věže, u některých transportérů vstupním horním otvorem. Pokud takové otvory existují je nutno je důkladně odstínit,

- Stěny obrněných transportérů jsou relativně tenké. Proto se nejdříve umístí

stínící materiál na stěny poblíž sedadel, nebo se navrhnou speciální sedadla pro členy osádky. Speciální konstrukce sedadel může zvýšit ochranu kostní dřeně a zažívacího traktu (nejcitlivější části těla).

Maketa vojáka sedícího v sedadle speciální konstrukce zabezpečující zvýšenou radiační ochranu je na obrázku 3.

Obrázek 3 – Konstrukce sedadla pro zvýšení radiační ochrany 7.3.7 Uspořádání materiálu pro ochranu před zbytkovým zářením Zbytkové záření gama (záření gama rozpadových produktů) působí zejména bočními stěnami a podlahou. Tabulka 5 obsahuje koeficienty ochrany pro vybrané kombinace tloušťky dna, stropu a stěn prázdné ocelové skříně standardních rozměrů. Při návrhu se vybere kombinace, která se 15

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 nejvíce blíží projektu a prověří se, zda jsou splněny výchozí požadavky. Koeficienty z tabulky lze použít při návrhu konstrukce. Tabulka 5 – Koeficienty ochrany prázdné skříně před zbytkovým zářením Tloušťka stěny (cm)

Dno, strop a stěny stejně silné

1 2 2,5 3 4 5 6 7,5 10 12,5 15

1,5 2,2 2,7 3,2 4,9 6,7 9,8 17,3 45 108 307

Tloušťka dna Tloušťka dna Tloušťka dna a stropu 5,0cm a stropu 2,5 a stropu 5,0 čelní stěny: 10 cm cm cm 1,7 1,9 2,2 2,3 2,7 3,1 2,7 3,1 3,6 3 3,7 4,3 3,9 5 5,8 4,9 6,7 7,6 6 9,1 10 7,7 13,1 14 9,7 21 21 11,2 29 27 11,9 33 30

Při uspořádání materiálu k dosažení radiační ochrany před zbytkovým zářením je nutné brát do úvahy tyto poznámky a doporučení: - U obrněných transportérů, kde mají stěny i dno přibližně stejnou tloušťku, většina zbytkové radiace prochází stěnami, - U tanků, kde jsou stěny výrazně silnější než dno, většina radiace prochází dnem, - Pro zvýšení radiační ochrany proti zbytkovému záření je nutno zesílit tloušťku dna nebo vložit na kritická místa ocelové nebo olověné desky, - Vestavěné vybavení a vnější nástavba zvyšuje koeficient ochrany o 50 až 100 %, - Koeficient ochrany vozidel pro zbytkové záření závisí na stáří radioaktivního spadu. Pokud toto stáří není definováno technickými podmínkami, předpokládá se nejhorší případ, tj. 1 hodina po výbuchu, - U těžkých obrněných vozidel se může koeficient oslabení pro zbytkové záření výrazně měnit v závislosti na daném místě. Rozdíl v koeficientu oslabení 2 až 5 není neobvyklý. V tomto případě se musí radiačně odstínit nejnepříznivější místo (například sedadlo řidiče), - Dodatečné radiační stínění může způsobovat například i zařízení zvláštní ochrany před protitankovými minami, - Vysoká hodnota koeficientu oslabení není úplnou zárukou nízké hodnoty dávkového příkonu uvnitř vozidla. Radioaktivní částice, zachycené ve filtračních systémech, mohou představovat významný zdroj záření. Filtry musí být lehce vyměnitelné. Pokud je filtr umístěn těsně u osádky, může vyžadovat zvláštní stínění.

16


8

Požadavky na konstrukci vozidel

Konstrukce vozidel musí zabezpečit požadovanou radiační ochranu. Na velikost dávky záření uvnitř vozidla mají podstatný vliv i konstrukční prvky vozidla - poklopy, průhledy, střílny a také celistvost tloušťky korby vozidla. Hlavní zásady pro dosažení radiační ochrany vozidel jsou:

- Rovnoměrná ochrana -

-

-

Koeficient radiační ochrany by měl být pokud možno stejný ve všech směrech pronikajícího záření. Zvýšená ochrana míst s menším koeficientem oslabení (tenčích míst). Tenčí místa jsou například stropy věže, poklopy, průhledy nebo střílny umožňující snadný průnik záření do vozidla. Přes tyto relativně malé části vozidla může pronikat záření, které může obsluhu ozářit vysokými dávkami. Těmto místům musí být věnována zvláštní pozornost, protože mohou způsobit významný pokles koeficientů ochrany. Omezení vlivu radioaktivní kontaminace. Radioaktivní kontaminaci způsobuje v bojových podmínkách hlavně radioaktivní spad. Dalšími zdroji kontaminace mohou být radiologické zbraně, zcizené radioaktivní zářiče a také vyhořelé palivové články z jaderných elektráren. Nejnebezpečnější pro osádky jsou (v případě jejich zavlečení dovnitř vozidla) zářiče alfa a beta. Hlavní zásadou ochrany je izolace osádky od radioaktivních částic. Moderní bojová vozidla musí být vybavena přetlakovým filtračněventilačním zařízením, které chrání osádku před kontaminací radioaktivním spadem a chemickými a biologickými látkami a v určité míře proti průmyslovým toxickým látkám. Radioaktivní částice se hromadí na povrchu techniky obzvláště v prohlubních okolo vodorovných poklopů. Konstrukce poklopů musí být navržena tak, aby při jejich otevření nedocházelo k zánosu radioaktivních částic dovnitř vozidla. Dosažení snadné dekontaminace Metodou dekontaminace vozidel a bojové techniky je mechanické a fyzikálněchemické odstranění radioaktivních částic z jejich povrchu. Při konstrukci bojové techniky se musí pamatovat na možnost snadné dekontaminace. Povrch techniky musí být hladký, snadno čistitelný a od středu mírně skloněný k povrchu terénu. Konstruktér musí minimalizovat různé záhyby a štěrbiny, kde se mohou zachycovat malé částice. Příklad minimalizace štěrbin použitím těsnění a zalévací hmoty je na obrázku 4. Další příklady a návody jsou uvedeny v ČOS 051646 Konstrukce, testování a zavádění vojenského materiálu z hlediska zabezpečení jeho odolnosti a provozuschopnosti vůči účinkům ZHN.

17


Obrázek 4 – Příklad minimalizace štěrbin

9

Ochrana elektroniky

Ionizující záření nepříznivě působí na elektroniku zabudovanou do vozidel. Záření gama způsobuje vznik fotoelektrického proudu uvnitř polovodičové struktury krystalu a tím nevratné poškození. Neutronové záření způsobuje vyrážení atomů uvnitř krystalové mřížky polovodiče a tím zničení bipolárních tranzistorů. Ionizační účinek celkové dávky záření spočívá v zachycování elektronů nebo děr ve strukturách polovodičů typu kov-oxid. 9.1

Ochrana elektroniky před zářením gama

Hlavním rozdílem mezi účinky záření na elektronické a biologické systémy je citlivost elektronických systémů k okamžité dávce na rozdíl od vnímavosti k celkové dávce u biologických systémů. Pro odstínění elektroniky se používají stejné materiály jako pro odstínění osádky. Protože charakteristiky záření gama v době pronikavé radiace jsou podstatně odlišné od záření gama štěpných produktů je nutné pro elektroniku používat jiné koeficienty oslabení než pro osádku. Koeficienty ochrany pro záření gama se musí stanovit zvlášť pro impulz pronikavého záření gama a zvlášť pro záření gama radioaktivního spadu. Dávka, kterou obdrží elektronika vlivem záření gama, se stanoví pomocí koeficientu ochrany pro záření gama (GPF). Zvláštní péči je nutno věnovat slabým místům, kterými může záření pronikat do vnitřního prostoru vozidel. 9.2

Ochrana elektroniky před neutronovým zářením

Jednou ze složek pronikavé radiace jaderného výbuchu jsou rychlé neutrony. Pro posouzení ochrany elektroniky před neutronovým zářením se používají stejné koeficienty oslabení, jako se používají pro osádky vozidel. Pro odstínění elektroniky se používají stejné materiály jako pro odstínění osádky.

18

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 9.3

Ochrana před ionizačním účinkem celkové dávky

Dávka sekundárního záření gama ve vozidle ozářeném neutrony se stanoví použitím koeficientu SGF. Dávka, kterou obdrží elektronika od záření gama ve vozidle, se stanoví pomocí koeficientu ochrany GPF pro ochranu osádek. Správný výběr výšky umístění elektroniky od dna obrněných vozidel může zlepšit její koeficient ochrany o hodnotu 2 až 4.

10 Umístění detektorů ionizujícího záření Ke sledování ozáření osádky ve vozidle a zjišťování dávek (dávkových příkonů ve výšce 1 m nad povrchem terénu) mimo vozidlo se do bojových vozidel umísťují vojskové dozimetrické přístroje. Detektory ionizujícího záření těchto přístrojů mohou být umístěny buď na povrchu vozidla, nebo ve vozidle. Přístroj, který používá vnitřní detektor, musí naměřenou hodnotu automaticky opravovat pomocí GRF stanovenou pro polohu detektoru. Detektor záření umístěný uvnitř vozidla je méně náchylný na mechanické poškození a přesněji měří vnější dávkové příkony použitím opravných koeficientů. Detektory by neměly být umístěné blízko filtračně-ventilačních systémů a vzduchových filtrů. Vozidla vybavena kolektivní ochranou musí být vybavena detektory zánosu radioaktivních látek do bojového prostoru osádky. Kontaminované detektory záření, které jsou umístěny vně vozidla, mohou způsobit nepřesnosti v měření. K odstínění záření pocházejícího z kontaminace vozidla lze použít absorbér tvořený atomy s vysokým protonovým číslem. Místo na vozidle se volí tak, aby pravděpodobnost mechanického poškození detektoru byla co nejmenší. Vícenásobné detektory ionizujícího záření, umístěné jak ve vozidle, tak na povrchu vozidla, umožňují eliminovat měření kontaminace vozidla od vnějšího ozáření. Umístění jednoho nebo více detektorů ve vozidle nebo na povrchu vozidla vždy stanoví dohoda mezi výrobcem a odběratelem.

11 Analýza radiační ochrany vozidel Analýza radiační ochrany se provádí v průběhu návrhu konstrukce nebo po výrobě prototypu. Účinnost stínění ve vojenských vozidlech se určuje měřením nebo výpočtem. V případech, kdy není možno provést měření, se používají různé simulační postupy a výpočty. Pro analýzu radiačního stínění vozidel se používají počítačové programy, které umožňují simulovat charakteristiky průchodu záření stínícími materiály. Vozidla představují složité objekty a pro jejich analýzu se používají programy, které jsou založeny na jedno až trojrozměrných modelech. Pro zjištění koeficientu oslabení se používá program VPF, který je založen na bázi výpočtů ANISN. Pro podrobnou analýzu složitějších objektů, jako jsou vozidla, se používá programový balík MASH. Je to modulární program skládající se z několika samostatných programů. 19

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 Program MASH vyhodnocuje charakteristiky neutronového záření a záření gama, počítá koeficienty ochrany vojenské techniky, vojenských objektů, zákopů a dalších stínících objektů. Jeho základní aplikací je stanovit stínící charakteristiky pronikavé radiace jaderného výbuchu pro obrněná vozidla. Používá se také pro analýzu účinků radioaktivního spadu a hrozby radiologických zbraní pro nerovnoměrně rozložené zdroje užitím třírozměrného modelu radiačního pole. Účinnost stínění může být vyjádřena jak pro osoby, tak pro elektroniku v závislosti na druhu jaderné zbraně, výšce výbuchu, vzdálenosti od zdroje záření, orientaci a konstrukci vozidla. Kontaminace různých povrchů při použití radiologických zbraní nebo při haváriích průmyslových jaderných zařízení může být posouzena pomocí programu HPAC. Programy VPF, ANISN a MASH, které AEP-14 doporučuje, jsou v prostředí AČR těžko dostupné. Připouští se použití také jiných programových modulů využitelných pro modelování transportu záření složitým látkovým prostředím, které jsou dostatečně ověřeny pomocí benchmarkových úloh z oblasti radiačního stínění apod. Jedná se například o program MCNP ve spojení s pomocnými programy pro modelování geometrie úlohy, jako je MORITZ, SABRINA, MCNP-VISED apod.

12 Testování a hodnocení radiační ochrany Modely popisující různé zdroje záření jsou velmi složité a vypočtené hodnoty se vždy musí experimentálně ověřit. Pro potřeby testování a hodnocení radiační ochrany bojových vozidel existují v zahraničí zkušební střediska. Umístění, vybavení a možnosti jednotlivých středisek jsou uvedeny v AEP-14 v kap. 7. 12.1 Vybavení zkušebních středisek Pro testování radiační ochrany vozidel je potřeba vytvořit v prostoru kolem testované techniky, na vlastní technice i pod ní podmínky věrně simulující situace po použití různých jaderných zbraní za různých podmínek. Zkušební střediska jsou vybavena potřebnou technikou pro vytvoření umělého radiačního pole, které se co nejvíce blíží poli vzniklému po použití různých jaderných zbraní. Na středisku se pro testování vytvoří skutečné radiační pole a to je považováno za referenční. Zatím byly vybudovány tyto primární referenční pracoviště nebo primární zdroje radiačních polí: - primární referenční pracoviště pro štěpnou jadernou reakci,

- primární referenční zdroj pro termonukleární reakci, - primární referenční pole pro zbytkové záření a LLR kontaminaci, - primární zdroj radiace pro kontaminaci vozidel. Kromě primárních referenčních pracovišť existují ještě odvozená sekundární referenční pracoviště a neschválená sekundární pracoviště, kterým se říká běžná pracoviště. 12.2 Činnost zkušebních středisek Zkušební středisko je schopné pomocí měření a výpočtů zjistit citlivá místa v konstrukci a koeficienty ochrany bojových vozidel.

20

ČOS 666504 1. vydání Oprava 2 Zkušební a hodnotící postupy při zjišťování koeficientu ochrany jsou standardizovány. Ke stanovení koeficientu ochrany bojových vozidel byl sestaven soubor standardních podmínek (AEP-14, Ed. 4 článek 7.17.4), který musí být při měření dodržen. Koeficienty ochrany zjištěné za uvedených podmínek se označují standardní koeficienty ochrany. Pro výpočty se používá platná verze programu MASH. Koeficienty ochrany pro neutronové záření a záření gama se stanovují pro každé místo člena osádky zvlášť. Koeficienty ochrany vozidla se určují jako průměr koeficientů ochrany jednotlivých členů osádky. Pro testování radiační ochrany vyrobených vozidel v zahraničí je nutná dohoda výrobce s MO ČR, které může potřebné testy v zahraničí organizačně zabezpečit. Výpočty ochranných vlastností vojenských vozidel v případech radioaktivní kontaminace a počátečního záření jaderných zbraní pomocí systémů MCNP, stejně tak jako experimentální testování radiační ochrany vojenských vozidel menšího rozsahu (pouze pro zjednodušený případ radioaktivní kontaminace terénu), může zabezpečit například VOP-026 Šternberk, s. p., divize VTÚO Brno.

21


(VOLNÁ STRANA)

22


(VOLNÁ STRANA)

23


Účinnost českého obranného standardu od: 7. prosince 20096 Opravy: Oprava Účinnost od číslo 1

21.2. 2013

2

29. 3. 2016

Upozornění:

Opravu zapracoval Odbor obranné standardizace Ing. Vladimír Čoček Odbor obranné standardizace

Datum zapracování

Poznámka

21.2 2013 29. 3. 2016

Oznámení o českých obranných standardech jsou uveřejňována měsíčně ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví v oddíle „Ostatní oznámení“ a Věstníku MO. V případě zjištění nesrovnalostí v textu tohoto ČOS zasílejte připomínky na adresu distributora.

Rok vydání: Tisk: Distribuce: Vydal:

2009, obsahuje 12 listů Ministerstvo obrany ČR Odbor obranné standardizace Úř OSK SOJ, nám. Svobody 471, 160 01 Praha 6 Úřad pro obrannou standardizaci, katalogizaci a státní ověřování jakosti www.oos.army.cz

NEPRODEJNÉ

24

ČOS vydání Oprava 2 ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD POŽADAVKY NA KONSTRUKCI BOJOVÝCH VOZIDEL KE ZLEPŠENÍ OCHRANY PŘED ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Recommend Documents