Предыстория осознания человечеством радиационной опасности.

Математические модели потоков опасных событий.

τ

t

N' - опасность

T'

λ – интенсивность потока опасных случаев.

P

n

S – совокупность некоторых элементов. Набор состояний:

λ1i

λ21

λ01

S0

S1

S2

Si

Sk

S*

λ – интенсивность потока событий. Переход из состояния в состояние разный. Получается граф состояния.

Тема 2. Основы радиационной безопасности.

Рассматриваемые вопросы в теме:

1.

2.

2.1. Предыстория осознания человечеством радиационной опасности.

2.2. Ионизирующие излучения.

Рассмотрим эти вопросы:

Предыстория осознания человечеством радиационной опасности.

1886 год – физик Рентген обнаружил, что область газовых разрядов излучает невидимые частицы.

1896 год – супруги Кюри, производя опыты с ураном, обнаружили излучения. Три разновидности лучей – альфа, бета и гамма. Альфа- и бета-лучи отклоняются в магнитном поле.

Обнаружение следов неизвестного излучения от солей урана на фотографических пластинках физиком А. Беккерелем, положившее начало изучению естественной радиоактивности урана.

1898 год – Беккерель, производя опыты с солями урана, обнаружил, что ядра урана самопроизвольно распадаются.

Супруги М. Кюри и П. Кюри установили, что уран после излучения превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов они назвали радием, поскольку по латыни это слово означает «испускающий лучи».

2.2. Ионизирующие излучения. Ионизирующим излучением принято называть излучение частиц микромира, обладающую способностью ионизировать микросреду, через которую они проходят. Ионизирующие излучения порождаются внутри атомов.

e-

Заштрихованный круг – протон с нейтроном.

P⁺ - протон с положительным зарядом; n⁰ – нейтрон с нейтральным зарядом;

Альфа-распад:

A – число нуклонов (протонов и нейтронов) (массовое число).

Z – зарядовое число.

Бета-распад:

Гамма-распад:

Освобождаться могут также нейтроны, протоны, тяжёлые осколки (тяжёлых) ядер. Они обладают способностью ионизировать среду.

Лекция 03-04

Рассматриваемые вопросы в теме:

2.2. Ионизирующие излучения (продолжение).

2.3. Активность радионуклидного источника ионизирующих излучений.

2.4. Дозовые характеристики поля ионизирующих излучений.

2.5. Фоновое ионизирующее излучение.

2.6. Биологическое действие ионизирующих излучений.

2.7. Защита от ионизирующих излучений.

Рассмотрим эти вопросы:

2.2. Ионизирующие излучения (продолжение). Ионизирующим излучением будем называть излучение, обладающее способностью ионизировать среду, через которую оно проходит. Ионизирующее излучение представляет собой поток элементарных частиц микромира: β^-, β⁺, α⁺⁺, γ^-, R (рентгеновское), n, P (протоны) и другие осколки ядер. Могут порождаться самостоятельно (в природе) или принудительно (искусственно, в ходе эксперимента). Классификация ионизирующих излучений:

· Корпускулярные – масса покоя отлична от нуля. Все, кроме γ и R.

· Фотоны – γ и R.

Вторая классификация – деление на электрически нейтральные и электрически заряженные.

Третья классификация:

· Непосредственно ионизирующие излучения – к ним относятся все заряженные ионизирующие частицы. Вызывают ионизацию при непосредственном взаимодействии атомов среды.

· Косвенно ионизирующие излучения – к ним относятся фотоны и нейтроны. Взаимодействие с атомами среды вызывает образование непосредственно ионизирующих частиц.

Флюенс потока ионизирующих частиц: , где ∆S_ц – площадь центрального сечения элементарной сферы. Флюенс – величина равная пределу отношения числа ионизирующих частиц, проникших внутрь элементарной сферы, к площади центрального сечения элементарной сферы. Радиус элементарной сферы стремится к нулю.

P – плотность потока ионизирующих частиц – это флюенс частиц в данной точке в единицу времени: .

 

2.3. Активность радионуклидного источника ионизирующих излучений. Источником ионизирующего излучения называется всякое вещество или техническое устройство, которое спонтанно или по воле человека способно образовывать потоки ионизирующих частиц. Источник ионизирующего излучения, действие которых основано на спонтанно распадающихся частицах, называется радионуклидом. Всякая разновидность атома с массовым числом A и зарядовым числом Z называется нуклидом: _Z^AX.

Радионуклид – нуклид, спонтанно распадающийся на частицы. Радионуклидный источник ионизирующих излучений – количество самопроизвольных распадов в источнике в единицу времени: . Активность радионуклида выражается в специальных единицах измерения: 1 Бк (беккерель). (1 распад в секунду). Внесистемная единица активности – кюри (Ки). – активность одного грамма радия. Распад происходит стохастически (в случайные моменты времени).

– количество распадающихся атомов.

– относительная доля распавшихся ядер, λ – относительная доля распавшихся ядер, распадающихся в единицу времени (константа). λ – это постоянная радиоактивного распада, [с^-1].

T1/2

t

N

N0/2

T_1/2 – это период полураспада, промежуток времени, в течение которого распадается ровно половина взятого радионуклида.

2.4. Дозовые характеристики поля ионизирующих излучений. Полем ионизирующего излучения будем называть пространство, заполненное какой-либо средой, в которой присутствуют ионизирующие частицы. Всякая ионизирующая частица обладает определённой энергией. Последствия взаимодействия частицы с ионизирующей средой – происходит изменение состояния среды. Потоки действуют на ткани живых организмов, это негативные последствия.

Степень воздействия ионизирующего излучения на вещество (среду) принято называть дозой. Используется несколько разновидностей доз:

а) поглощённая доза ионизирующего излучения – для любых видов ионизирующих частиц и для любых видов вещества. Это количество энергии, переданной некоторой элементарной массе вещества ионизирующими частицами, делённая на величину этой элементарной массы, при условии, что она стремится к нулю:

Также часто используется на практике внесистемная единица поглощённой дозы: 1 рад = 0,01 Гр.

б) эквивалентная доза ионизирующего излучения: , где K – коэффициент качества ионизирующего излучения.

ВИИ – виды ионизирующего излучения, E_ИИ – энергия ионизирующего излучения.

Единица измерения – та же, Дж/кг, но называется по другому – Зв (зиверт). Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 0,01 Зв.

в) эффективная эквивалентная доза – H_E.

ω_i – весовой коэффициент: .

Единица измерения эффективной дозы – тоже зиверт.

г) экспозиционная доза – отношение суммарного заряда, возникающего в воздухе под действием ионизирующего излучения в некоторой массе воздуха, к этой массе [Кл*кг]. В качестве q берётся суммарный заряд частиц одного знака.

За единицу экспозиционной дозы принято принимать 1 Рентген – это когда в 1 см³ воздуха при нормальных условиях образовано токов с суммарным зарядом в одну электростатическую единицу заряда.

Помимо дозовых характеристик используется мощность дозы – показывает дозу в единицу времени (как правило, в секунду).

 

2.5. Фоновое ионизирующее излучение. Это ионизирующее излучение, которое генерируется природными источниками ионизирующего излучения (космические лучи, солнечные лучи, излучение радионуклидных веществ). Три составляющие фона:

а) естественная первородная составляющая радиационного фона (космические излучения, солнечные, радионуклидные). Примерно 1 мЗв/год.

б) техногенно усиленный природный радиационный фон. Примерно 1 мЗв/год.

в) искусственный радиационный фон – к нему относятся излучения, связанные с ядерными технологиями (атомные станции, пробные ядерные взрывы, современное медицинское оборудование). Основная составляющая – медицинская (1,4 мЗв/год).

В итоге человек получает примерно 3,4 мЗв/год.

2.6. Биологическое действие ионизирующих излучений. Всякий живой организм, подвергающийся ионизирующим излучениям, с увеличением дозы приобретает повреждения.

Всякий живой организм обладает своей радиационной стойкостью. Для обезьян предел выносливости примерно 2,5-6 грей, после чего наступает летальный исход. Крысы – до 10 грей. Насекомые – 10-100 грей. Растения – от 10 до 1500 грей. Микроорганизмы – 3000 грей.

Первый эффект – соматическое поражение. Второй – генетическое поражение.

Также есть деление на детерминированные (8 грей) и стохастические (при любой сколь угодно малой дозе).

Также деление на внутренние и внешние воздействия ионизирующего излучения.

При нулевой дозе человек здоров. При малой наступает стохастический эффект. До 50 бэр в человека могут наблюдаться эффекты изменения состава крови и усталость. До 100 бэр – усталость, тошнота, головокружение, изменение состава крови. От 100 до 200 бэр – лучевая болезнь первой степени тяжести. От 200 до 400 бэр – вторая степень тяжести (рвота, потеря сознания, гематомы, летальный исход в 20% случаев). От 400 до 600 бэр – в 50% случаев летальный исход, инкубационный период – несколько часов. От 600 до 1000 бэр – летальный исход (через несколько суток).

2.7. Защита от ионизирующих излучений. Защищаться – экранами.

 

Лекция 05-06

Тема 3. Основы электробезопасности.

Рассматриваемые вопросы в теме:

3.

3.1. Поражающие действия электричества на человеческий организм.

3.2. Характерные случаи попадания человека под действие электрического тока.

3.3. Опасность поражения при стоке электричества в землю.

3.4. Способы обеспечения электробезопасности.

Рассмотрим эти вопросы:

3.1. Поражающие действия электричества на человеческий организм. Мощность потребляемой энергии человечеством составляет около 4 кВт на одного жителя Земли. Электричество создаёт следующие виды опасности:

а) непосредственное поражение человека электричеством;

б) электричество часто является причиной пожаров;

в) создание кризисных ситуаций за счёт аварийного прекращения электроснабжения объектов и регионов.

Основной показатель степени опасности электричества – сила тока, проходящего через человека I_Н. φ_A – φ_B > 0 à .

Эквивалентная электрическая схема тела человека:

R_к­, R_в – активное сопротивление токопроводящих участков кожи и внутренних органов, через которые в конкретном случае течёт ток; C_к – ёмкость, создаваемая токопроводящими участками.

Общее электрическое сопротивление тела человека можно выразить, глядя на приведённую эквивалентную схему (первая – из книги, вторая – с лекций, возможно неправильная):

При протекании через тело человека постоянного тока (ω = 0): .

Ориентируясь на то, что электрическое сопротивление тела человека зависит от разных обстоятельств (здоровье, возраст, кожный покров, наличие ранений), при оценках степени опасности активное сопротивление тела человека R_Н принимают равным примерно 1000 Ом (R_к à 0).

Продолжительность протекания электрического тока через человека – тоже один из основных показателей опасности. При протекании тока через организм человека происходит ряд процессов (эффектов):

· термический – ток нагревает ткани;

· электрический – молекулы тканей ионизируются, и поэтому разлагаются;

· механический – непроизвольно сокращаются мышцы, возникает боль;

· электрические удары (биологическое действие тока) – нервные окончания воспринимают воздействие электрического тока за свои биоимпульсы, и он поступает мозг.

Два итоговых эффекта поражения – электрические травмы (кровоподтёки, поражения глаз) и электрические удары (нарушение биопроцессов). 4 степени тяжести электрических ударов:

I. Судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II. Сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и кровообращения;

III. Потеря сознания с нарушением сердечной деятельности и дыхания;

IV. Летальный исход. Но в течение 10 минут после удара человек может быть реанимирован.

Слабые ощущения без особого вреда возникают при протекании через человека силы тока в 0,1 мА. Средней степени тяжести – от 1 до 5 мА. Судорожные сокращения мышц – при токе от 5 до 50 мА. Множественные повреждения при токе от 50 до 150 мА, возможна смерть. Летальный исход – более 150 мА.

Пороговое значение электрического напряжения, при котором может иметь место летальный исход, составляет 40 В.

3.2. Характерные случаи попадания человека под действие электрического тока. Диэлектрик – электроны жёстко привязаны к ядру и не покидают орбит. Проводник – электроны слабо связаны с ядром. Движение заряженных частиц называется электрическим током.