1.На аналитических весах взвесить фильтр.
2. Вставить фильтр в патрон и поместить его в камеру с исследуемым воздухом (см. рис. 8.1).
3. Включить аспиратор и по заданию преподавателя установить расход пропускаемого воздуха.
4. Включить вентилятор в пылевой камере и секундомер, произвести отбор пробы пыли в течение времени, заданного преподавателем.
5. Извлечь фильтр из патрона и взвесить его на лабораторных весах.
6. Замерить барометрическое давление и температуру воздуха.
7. Занести все полученные данные в таблицу 8.1.
8. В таблице 8.2. найти значения ПДК для исследуемой пыли.
9. После проведения расчетов сделать соответствующие выводы.
Таблица 8.1
Результаты экспериментальных замеров
| Масса фильтра, мг | Объемная скорость прокач. воздуха (q, л/мин.) | Время прокач. (t, мин.) | Барометрическое давление (Р, мПа) | Темпера-тура (Т, 0К) | Концен-трация (С, мг/м3) | ПДК, мг/м3 | |
| до отбора, Q | после отбора, Q1 | ||||||
Таблица 8.2
ПДК пыли в воздухе рабочей зоны
| №п/п | Наименование вещества | Величина ПДК, мг/м3 | Класс опасности |
| 1. | Алюминий и его сплавы | III | |
| 2. | Барит | IY | |
| 3. | Бериллий и его соединения | 0,001 | I |
| 4. | Бокситы | IY | |
| 5. | Известняк | IY | |
| 7. | Кремния диоксид кристаллический (кварц, кристобалит, тридинит) при содержании в пыли более 70 % | III | |
| 8. | Кремния диоксид при содержании в пыли от 10 до 70 % (гранит, слюда-сырец, углепородная пыль и др.) | III | |
| 9. | Марганца оксиды (в пересчете на MnO2): а) аэрозоль дезинтеграции; б) аэрозоль конденсации | 0,3 0,05 | II I |
| 10. | Никель оксиды, сульфиды и смеси соединений никеля | 0,05 | I |
| 13. | Свинец и его неорганические соединения (по свинцу) | 0,01 | I |
| 14. | Серебро металлическое | II | |
| 15. | Силикатосодержащие пыли, силикаты, алюмосиликаты: а) аcбест природный и искусственный, смешанные асбестопородные пыли при содержании в них асбеста более 10%; б) цемент, апатит, глина. | III IY | |
| 16. | Углерода пыли: а) коксы каменноугольный, пековый, нефтяной, сланцевый; б) другие ископаемые угли и углеродные пыли с содержанием свободного диоксида кремния до 5 % | IY IY | |
| 17. | Хроматы, бихроматы (в пересчете на CrO3) | 0,01 | I |
Контрольные вопросы
1. Как образуется пыль, назовите виды пыли.
2. Как делится пыль по дисперсности?
3. Как действует пыль на человека?
4. От чего зависит опасность поражения пылью?
5. Объясните принцип работы установки.
6. Как рассчитывается концентрация пыли?
9. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
Ионизирующим излучением называется излучение, вызывающее ионизацию среды. Естественными источниками ионизирующих излучений на Земле являются естественно распределенные на ней радиоактивные элементы и космические лучи. Искусственными источниками являются ядерные реакторы, ускорители заряженных частиц, рентгеновские установки, искусственные радиоактивные изотопы и др.
В природе насчитывается свыше 60 естественных и 1500 искусственных радиоактивных изотопов. Источники ионизирующих излучений широко применяются в различных отраслях народного хозяйства и, в частности, в нефтяной и газовой промышленности (см. табл. 9.1).
Ионизирующие излучения включают в себя всю шкалу электромагнитных волн: радиоволны (l > 1 ® 2 мм), инфракрасные лучи (l = 1 ® 2 мкм), видимый свет (l = 390 ® 740 нм), ультрафиолетовые лучи (l< 390 нм), рентгеновские лучи (l < 100 нм), g - излучение(l < 10 нм). Границы по частоте излучения (n) или по длине волны в вакууме l = с/n (С - скорость света в вакууме) между различными волнами электромагнитного излучения, которые выбраны при построении так называемой шкалы электромагнитных волн, весьма условны. В действительности нет никаких резких переходов от одного вида излучения к другому. Однако электромагнитные излучения, частоты которых отличаются на много порядков, например, радиоволны и лучи Рентгена, обладают качественно различными свойствами.
Наибольшей ионизирующей способностью обладают ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, а также g-излучение.
Кроме электромагнитных волн к ионизирующему излучению относятся корпускулярные излучения в виде нейтронов (1n0), a-частицы (4Не2+) и b-частицы (0е-1) частиц.
Нейтроны - единственные незаряженные частицы, образующиеся при любом радиоактивном распаде, с массой равной массе протона. Они глубоко проникают в любое вещество, включая живые ткани. При прохождении через вещество они взаимодействуют с ядрами атомов, передавая им часть своей энергии и производя его ионизацию.
b - частицы - электроны, образующиеся во время распада вещества, имеют отрицательный заряд.
a - частицы - ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они имеют положительный заряд и проходя через вещество производят ионизацию большой плотности. Обычно a частицы образуются при распаде тяжелых элементов (радий, торий, уран, полоний и др.).
Опасность радиоактивного вещества оценивается по его активности.
Таблица 9.1
Использование радиоактивных веществ в отраслях нефтяной и газовой промышленности
| Виды работ | Перечень задач | Операции и методы исследования | Источник излучения | Регистрируемое излучение |
| Бурение скважин | Контроль за движением бурового раствора по колонне и цемента в затрубном пространстве, исследовательские работы, обнаружение трещин и раковин в оборудовании и инструментах | Приготовление и временное использование радиоактивных растворов (промывочных, тампонажных, продавочных) Радиометрические методы измерения естественной радиоактивности | Искусственные источники излучений 222Ra, 210Po, 235U, 239Pu, 60Co, 134Cs, 226Ra Естественные радиоактивные изотопы 222Ra,210Po,239Pu, и др. | a, b a, b, g |
| Геологоразве-дочные работы | Отбор образцов и керна, содержащих естественные радионуклиды, установление границ газо- и водонефтяного контакта, определение коллекторских свойств пород | Отбор керна и лабораторные исследования, методы слежения за продавочными и контрольными растворами и жидкостями Гамма-методы Исследование геологических проб по измерению характеристического излучения | Естественные и искусственные источники Искусственные источники гамма-метода Искусственные источники излучений малых энергий: 170Tu, 55Fe, 241Am | g Характеристическое излучение |
Продолжение табл. 9.1
| 4 | ||||
| Геофи-зичес-кие исследования | Комплекс промыслово-геофизических исследований для получения информации о разрезе путем измерения уровней и спектров излучений Наладка ядерно-геофизической аппаратуры | Спуск, размещение и подъем измерительной скважинной аппаратуры с радиоактивными источниками, закачка в скважины раствора с определ. концентрацией известных радионуклидов Гамма-методы Селективный гамма-метод Плотностные гамма-методы | 226Ra,210Po,60Co, 134Cs, нейтроны, полоний, берилиевый источник, радий-берилиевый источник Искусственные радиоактивные источники Искусственные источники гамма-излучения: 75Se, 170Tu, 133Ba Cs (3,7мБк) 60Co,137Tu | g g g |
| Нейтронные методы Нейтронные гамма-методы (НГМ) Гамма-нейтронный метод Гамма-активационные методы Нейтронно-активационный анализ Импульсные нейтронные методы | Искусственные изотопные нейтронные источники Искусственные изотопные нейтронные источники Ускорители (бетатрон, микротрон) Гамма-источники, ускорители заряженных частиц Изотопные n-источники (107 Н/С), генераторы нейтронов (10 Н/С), ядерный реактор Генераторы нейтронов | n разных энергий g n n, p, a, g g n, p | ||
| Добыча, транспо-ртирова-ние неф-ти, газа и газоконденсата | Контроль за движением газо- и водонефтяного фронта, жидкостей при гидроразрыве и контурном заводнении; контроль за ходом технологического процесса; борьба | Подготовка и временное использование растворов с РАВ, использование генераторов нейтронов. | 131J, 65Zn, 59Fe, 95Zn Цезий, кобальт | g, n |
Продолжение табл. 9.1
| 1. | 2. | 3. | 4. | 5. |
| сата, перера-ботка сырья на заводах | со статическим электричеством; дефектоскопия трубопроводов и элементов оборудования; химический эксперимент и др. | Плотностные гамма-методы Гамма-метод Импульсный нейтронный метод | Кобальт, радий, цезий Генераторы нейтронов | g g n, g |
| Маши-нo-, аппарато- и приборо-строе-ние | Дефектоскопия и рентгеноструктурный анализ | Использование рентгеновских аппаратов с напряжением от 40 до 1000 кВ (рентгеновская трубка, ускорители) | Радионуклиды. ускорители, 60Co, 137Cs, 170Tm, бетатроны с энергией 6-35 МЭВ | b |
| Строи-тель-ство газонефтепро-водов и эксплуатация строи-тельных машин | Исследование износа деталей машин, выявление дефектов при сварке, отливках, поковках и сварных швах, испытание смазочных масел. Автоматизация технологических процессов при ремонте машин и контроль плотности строительных конструкций. Определение влажности грунтов и стройматериалов | Обогащение инертных материалов, приготовление бетона, использование рентгеновских аппаратов | 60Co, 137Cs, 45Ca, 82Br, 32P, 59Fe, 125Sn, 51Cr, 187W, 204Tl, 192Jr и др. | a, b, g |
| Лабора-торные работы | Активационный, рентгеноструктурный и рентгеноспектральный анализ | Гамма- и нейтронные методы | 252Cf, 85Zn, 75Se, 238Pu, 244Cm | n, g |
Активностью А радиоактивного вещества называется число спонтанных ядерных превращений N в веществе за единицу времени t:
А = DN/Dt (9.1)
Единицей измерения активности является число ядерных превращений в секунду, называемое Беккерель(Бк). Используется также внесистемная единица - Кюри (Ku) - 1 Ku = 3,7 . 1010 Бк.
Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучений в сухом атмосферном воздухе используется понятие экспозиционная доза. Экспозиционная доза Х представляет собой отношение полного заряда Q ионов одного знака, возникающих в малом объеме, к массе воздуха в этом объеме:
Х = DQ/ Dm. (9.2)
За единицу экспозиционной дозы принимают величину Кулон / килограмм. Применяется также внесистемная единица - Рентген (Р) - 1Р = 2,58 . 10-4 Кл/кг.
Биологическое действие ионизирующих излучений на живой организм зависит от поглощенной дозы излучения. Поглощенная доза излучения Д - это отношение средней энергии (Е), переданной излучением веществу в некотором элементарном объеме, к массе (m) вещества в этом объеме:
Д = DЕ/Dm. (9.3)
Единицей поглощенной дозы является Грей (Гр) - 1Гр = 1Дж/кг. Применяется также внесистемная единица - Рад - 1Рад = 0,01 Гр.
Эквивалентная доза (Н) - это поглощенная доза умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения (Wr) (см. табл. 9.2):
Н = Д . W. (9.4)
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг названный Зивертом (Зв) - 1 Зв = 1 Дж/кг. Применяется также внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рада) - 1 бэр = 0,01 Зв.
Таблица 9. 2
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентных доз
| Вид излучения | Wr |
| Фотоны любых энергий | |
| Электроны любых энергий | |
| Нейтроны с энергией меньше 10 кэВ | |
| Продолжение табл. 9.2 | |
| от10 до 100 кэВ | |
| от 100 до 2 МЭВ | |
| от 2 до 20 МЭВ | |
| более 20 МЭВ | |
| Протоны, кроме протонов отдачи с энергией более 2 МЭВ | |
| a-частицы, осколки деления и тяжелые ядра |
Таблица 9.3
Взвешивающие коэффициенты для ткани и органов
при расчете эффективной дозы
| Органы | Wt |
| Гонады | 0,20 |
| Костный мозг (красный) | 0,12 |
| Толстый кишечник (нисходящая часть) | 0,12 |
| Легкие | 0,12 |
| Желудок | 0,12 |
| Мочевой пузырь | 0,05 |
| Грудная железа | 0,05 |
| Печень | 0,05 |
| Пищевод | 0,05 |
| Щитовидная железа | 0,05 |
| Кожа, клетки костных поверхностей | 0,01 |
| Остальное (надпочечники, головной мозг, верхний отдел толстого кишечника, тонкий кишечник, почки, мышечная ткань, поджелудочная железа, селезенка, матка) | 0,05 |
Доза эффективная коллективная (S) - величина, определяющая полное воздействие излучения на группу людей, определяется в виде:
, (9.6)
где 
- средняя эффективная доза на i-ую подгруппу группы людей;
Ni - число людей в подгруппе.
Загрязнение радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ техногенного происхождения на поверхности или внутри материала или тела человека, в воздухе или другом месте, которое может привести к облучению в индивидуальной дозе более 10 мкЗв/год или коллективной дозе 1 чел. - 3 Зв/год.
Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.
Для характеристики степени заражения местности используют также единицу Кu/км - 10 Ku/км по внешнему облучению соответствуют 10 мР/час.
Соотношения между единицами, характеризующими действие ионизирующих излучений, приведены в табл. 9.4.
9.1. Биологическое действие ионизирующих излучений (ИИ)
Работа с источниками ИИ сопряжена с невидимой опасностью, связанной с ионизацией молекул тканей. Процессы ионизации сопровождаются выбиванием электронов из атомов и молекул, составляющих клетку. Это ведет к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Такое действие называется прямым.
Как известно, в организме человека содержится свыше 70% воды. Следовательно, первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием ОН- и Н+. Эти ионы могут образовывать гидратный оксид (НО2) в результате реакции: 2ОН- + О2 = 2НО2 и пероксид (Н2О2 ): 2Н+ + О2 = Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органических веществ тканей, окисляя и разрушая их. Такое действие излучения называется косвенным (непрямым) и наносит даже больший вред, чем прямое.
В зависимости от поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми и необратимыми. При небольшой дозе пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Длительное действие доз, превышающих предельно допустимые, может вызвать необратимые поражения отдельных органов или всего организма, вызывая заболевание, которое получило название лучевая болезнь. Отдаленными последствиями лучевого поражения организма могут быть лучевые катаракты, злокачественные опухоли и т.п.
Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем, так и при внутреннем облучении (через рот, органы дыхания).
При однократном облучении, т.е. за время до четырех суток возможны следующие биологические нарушения в зависимости от поглощенной дозы (Д):
- до 0,25 Гр - видимых нарушений нет;
- 0,25 - 0,5 Гр - возможны изменения в крови;
- 0,5 - 1 Гр - изменения в крови, нормальное состояние трудоспособности нарушается;
- 1 - 2 Гр - возможна потеря трудоспособности;
- 2 - 4 Гр - потеря трудоспособности, возможен летальный исход.
- 4 - 5 Гр - летальный исход в 50 случаях из 100;
- свыше 6 Гр - 100 % летальный исход.
Таблица 9.4
Показатели ионизирующих излучений и соотношение между
внесистемными и системными (СИ) единицами
| Величина | Сим-вол | Формула для определения | Наименование и обозначение единиц | Связь между единицами измерения | |
| Внеси-стемн. | СИ | ||||
| Активность | А | А = dN/dt | кюри (Ku) | Бекке-рель (Бк) | 1 Ku = 3,7 . 1010 Бк 1 Бк = 2,7 . 10-11 Ku |
| Удельная активность | Аm | 
| Ku/ кг | Бк/кг | 1Ku/кг = 3,7 . 1010 Бк/кг 1 Бк/кг = 2,7 . 10-11 Ku/кг |
| Объемная активность | Аv | 
| Кu / л | Бк /м3 | 1Ku/л = 3,7 . 1013 Бк/м 1 Бк/м = 2,7 . 10-14 Ku/л |
| Поглащенная доза | Д | Д=dE /dm | рад | Грей (Гр) | 1 рад = 100 эрг/г =10-2 Гр 1 Гр = 104 эрг/г = 102 рад |
| Мощность поглощенной дозы | РД | РД=dД/ dt | рад/с | Гр / с | 1 рад/с = 10 -2 Гр/с 1 Гр/c = 10 рад/с |
| Эквивалентная доза | H | 
| бэр | Зиверт (Зв) | 1 бэр = 1 рад/к = 10-2 Гр/к 1 бэр = 10 -2 Зв 1 Зв = 102 бэр |
| Мощность эквивалентной дозы | PH | PH=dH/dt | бэр/с | Зв / с | 1 бэр/с = 10 -2 Зв/с 1 Зв/с = 102 бэр/с |
| Экспозиционная доза | Х | Х = dQ / dm | Рент-ген (р) | Кл/кг | 1р = 2,58 . 10-4 Кл/кг 1 Кл/кг = 3,88 . 103 р |
| Мощность экспозиционной дозы | Рх | Px = dX / dt | р / с | Кл/(кг×с) | 1р/с = 2,58. 10-4 Кл/кг×с 1 Кл/кг×с = 3,86 . 10-2 р/с |
При облучениях в дозах, превышающих в 100 - 1000 раз смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения (смерть под лучом).
Важным фактором является время облучения. При одной и той же дозе облучения однократное облучение более опасно, чем многократное (в течение месяца, года).
Чувствительность различных тканей и органов к облучению неодинакова, она оценивается взвешивающими коэффициентами для ткани и органов (см. табл. 9.5).
Ионизирующие излучения приводят также к необратимым изменениям в материалах машин и приборов. Наименее стойки к ИИ полупроводники, политетрофторэтилен, органическое масло. Большую стойкость имеют фенольные смолы, полиамиды, полиэтилен, поливинилхлорид, стеклоткань, эпоксидные лаки. Высокую радиационную стойкость имеют стекло, кварц, керамика, слюда, металлы.
