Вопрос 3 Ударная волна, особенности ее прямого и косвенного воздействия

 

Одним из видов опасностей, которые могут воздействовать на человека и окружающую среду, является ударная волна. Возникновению ударных волн способствуют взрывы. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах.

Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 105 млрд. Па). Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает; на больших удаленьях ударная волна переходит, по существу, в обычную акустическую волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т. е. к 340 м/с.

Параметрами, характеризующими ударную волну, являются:

- давления фронта ударной волны Δ Р _ф (1 кгс/см² = 100 кПа);

- давление скоростного напора Р _ск(1 кгс/см² = 100 кПа);

- время действия максимального избыточного давления t⁺ — фаза сжатия;

- время действия пониженного давления t^– — фаза разрежения (рис. 2.7).

Фаза сжатия — это отрезок времени, когда избыточное давление во фронте ударной волны и давление скоростного напора имеют наибольшие значения. Фаза сжатия зависит от мощности взрыва q. По окончании действия фазы сжатия t⁺ объект попадает в фазу разрежения t^-, в которой давление, оказываемое на объект, существенно уменьшается, а поэтому и разрушения в этой фазе существенно меньше, чем в фазе сжатия. При практических расчетах давление в фазе сжатия не учитывается.

Избыточное давление во фронте ударной волны Δ Р _ф оказывает на объект ударное действие, и объект испытывает повышенное давление со всех сторон, если его геометрические размеры меньше длины фазы сжатия. Если это давление выше критических величин, то объект получает различные повреждения, вплоть до разрушения. Степень разрушения зданий, сооружений также определяется величиной скоростного напора Р _ск, т. е. торможения масс воздуха, следующих за фронтом ударной волны. В результате создается динамическая нагрузка, т. е. скоростной напор.

Очаги поражения при взрыве горюче-воздушной смеси могут возникать на взрывоопасных объектах в результате разрушения емкостей с жидким топливом, продуктопроводов нефти, газа, взрыва древесной, текстильной, мучной пыли и т. д. В случаях взрыва емкостей с топливом взрывается не само топливо, а ГВС, т. е. пары топлива, скапливающиеся в свободном пространстве и смешивающиеся с кислородом воздуха. В результате взрыва ГВС образуются 3 зоны:

· бризантного действия в пределах облака ГВС с примерно одинаковым давлением во фронте ударной волны 170 кПа. Радиус зоны R ₁ зависит от массы продукта Q и может составить при Q = 10, 100, 500, 1000 т соответственно R ₁ = 40, 90, 150, 190 м;

· действия продуктов взрыва, где избыточное давление во фронте ударной волны резко падает и на внешней границе зоны составляет примерно 30 кПА. Радиус зоны R ₂ примерно в 1,7 раза больше радиуса зоны R ₁. Эта зона охватывает зоны полных и сильных разрушений;

· с избыточным давлением во фронте ударной волны на внешней границе 10 кПа.

В случае возникновения ударной волны люди, здания, сооружения могут находиться под прямым или косвенным воздействием ударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматический характер, а при воздействии на здания, сооружения — разрушительный характер.

Непосредственное (прямое) поражение ударной волной возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна почти мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию. Процесс сжатия продолжается со снижающейся интенсивностью в течение всего периода фазы сжатия, т. е. в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления в момент прихода ударной волны воспринимается живым организмом как резкий удар. В то же самое время скоростной напор создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве.

Косвенные поражения люди и животные могут получить в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений или в результате ударов летящих с большой скоростью осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов. Например, при избыточном давлении во фронте ударной волны 35 кПа плотность летящих осколков достигает 3500 шт. на квадратный метр при средней скорости перемещения этих предметов 50 м/с.

Характер и степень поражения незащищенных людей и животных зависят от мощности и вида взрыва, расстояния, метеоусловий, а также от места нахождения (в здании, на открытой местности) и положения (лежа, сидя, стоя) человека. Избыточные давления во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см2) и менее для людей и животных, расположенных вне укрытий, считаются безопасными. Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении более 2 кПа (0,02 кгс/см2) может превышать радиус непосредственного поражения ударной волной. Поражения, возникающие под действием ударной волны подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные) таблица 2.6. Очаги поражения делятся на зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений (рис.2.8).

Таблица 2.6 - Характеристики поражений человека действием воздушной ударной волны

Вид поражений	Характеристики поражения	Величина избыточного давления Р1, кПа (кгс/см2)
Легкие	Легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вывихи конечностей	20...40 (0.2... 0.4)
Средние	Травмы мозга с потерей сознания, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи конечностей	40...60 (0.4... 0.6)
Тяжелые	Сильная контузия всего организма, повреждения внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможны смертельные исходы	60...100 (0.6... 1.0)
Крайне тяжелые	Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу	>100 (1.0)

 

Рисунок 2.9 – Зоны разрушения при воздействии ударной волны

Наибольшие разрушения получают наземные здания, рассчитанные на

Вопрос 4 Электромагнитные поля и излучения. Ионизирующие излучения (самостоятельно изучение)

Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, представляющая собой взаимосвязанные электрическое и магнитное поля. На практике для характеристики электромагнитной обстановки используют термины «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле». Электрическое поле создается зарядами, а его величина характеризуется напряженностью (Е, единица измерения В/м). Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику. Оно характеризуется напряженностью магнитного поля (Н, единица измерения А/м) и магнитной индукцией (В, единица измерения Тл – Тесла). Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое поле: обе компоненты, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне) (рис. 2.10.).

.

Рисунок 2.10- Характеристики и параметры ЭМП

 

Все существующие электромагнитные излучения (ЭМИ) различаются частотой колебаний и длиной волн. Они сгруппированы по видам излучения и обладают различающимися между собой физической природой и биологическим действием на организм человека. Виды классификаций ЭМП приведены на рисунке 2.11

 

Техногенные: - промышленные - бытовые - инфраструктурные

Техногенные: - промышленные - бытовые - инфраструктурные

Рисунок 2.11 - Виды классификаций электромагнитных излучений

ЭСП – электростатическое поле; ПМП – постоянное магнитное поле; ЭМП РЧ –электромагнитное поле радио частоты; ИК и УФ – инфракрасное и ультрафиолетовое излучения оптического диапазона; ГМП – геомагнитное поле

 

Область распространения электромагнитных волн от источника излучения условно разделяют на три зоны: ближнюю (имеющую радиус менее 1/6 длины волны), промежуточную и дальнюю (расположенную на расстоянии более 1/6 длин волн от источника). В зоне индукции (ЭМ поле еще не сформировалось, электрическое и магнитное поля действуют отдельно), в зоне излучения ЭМ поле сформировано. Радиус зоны индукции зависит от длины волны излучения. Для токов промышленных частот размер промежуточной зоны уходит на несколько десятков километров. Начиная с СВЧ, зона индукции становится маленькой, волновая зона становится большой и человек оказывается в волновой зоне (табл. 2.9). Электромагнитные поля биологически активны – живые существа реагируют на их воздействие. Однако у человека нет специального органа чувств для определения ЭМП (за исключением оптического диапазона). Наиболее чувствительны к электромагнитным полям центральная нервная система, сердечно-сосудистая, гормональная и репродуктивная системы.

Таблица 2.9 – Зоны воздействия ЭМП

Ближняя зона	Промежуточная зона	Дальняя зона
Воздействие ЭМП характеризуется: -напряженностью электрической составляющей поля (Е, В/м) - напряженностью магнитной составляющей поля (Н, А/м)	Воздействие ЭМП характеризуется: -напряженностью электрической составляющей поля (Е, В/м) - напряженностью магнитной составляющей поля (Н, А/м) - плотностью потока энергии (П, Вт/м2)	Воздействие ЭМП оценивается плотностью потока энергии (П, Вт/м2)

 

Воздействие электростатического поля (ЭСП) на человека связано с протеканием через него слабого тока. Они достаточно широко используются в промышленности для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и т. д. Вместе с тем существует целый ряд производств и технологических процессов по изготовлению, обработке и транспортировке диэлектрических материалов, где отмечается образование электростатических зарядов и полей, вызванных электризацией перерабатываемого продукта (текстильная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, химическая промышленность и др.). В энергосистемах ЭСП образуются вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств и ЛЭП постоянного тока высокого напряжения. При этом имеет место также повышенная ионизация воздуха и возникновение ионных токов. ЭСП — фактор, обладающий сравнительно низкой биологической активностью. Выявляемые у работающих в условиях воздействия ЭСП нарушения носят, как правило, функциональный характер и укладываются в рамки астеноневротического синдрома и вегетососудистой дистонии. В симптоматике преобладают субъективные жалобы невротического характера (головная боль, нарушение сна, ощущение «удара током» и т. п.). Объективно обнаруживаются не резко выраженные функциональные сдвиги, не имеющие каких-либо специфических проявлений. Кровь устойчива к воздействию ЭСП. Отмечается лишь некоторая тенденция к снижению показателей красной крови (эритроциты, гемоглобин), незначительному лимфоцитозу и моноцитозу. Электростатическое поле, помимо собственно биофизического воздействия на человека, обусловливает накопление в пространстве пыли, которая затем с вдыхаемым воздухом попадает в организм и может вызвать бронхо-легочные заболевания и аллергические реакции.

Нормирование электростатических полей осуществляется с учетом времени пребывания в поле в соответствие с ГОСТ 12.1.045. Нормируемым параметром является напряженность электростатического поля Е, кВ/м.

Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и др. электротехнические устройства). Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и др. фиксирующих устройствах, в магнитных сепараторах, устройствах для магнитной обработки воды, магнитогидродинамических генераторах (МГД), установках ядерного магнитного резонанса (ЯМР). При воздействии ПМП могут наблюдаться нарушение функции нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в составе крови. При локальном действии магнитных полей (прежде всего, руки) появляется ощущение зуда, бледность и синюшность кожных покровов, отечность и уплотнение, а иногда и ороговение кожи. Оценка и нормирование ПМП осуществляется по уровню магнитного поля дифференцированно в зависимости от времени его воздействия на работника за смену для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) воздействия. Уровень ПМП оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м или в единицах магнитной индукции (В) в мТл.

Обобщенные реакции организма человека на воздействие электромагнитных полей (ЭМП) приведены на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Действие магнитных и электрических полей

 

Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ) являются частью сверх низкочастотного диапазона радиочастотного спектра, наиболее распространенной как в производственных условиях, так и в быту; диапазон ПЧ представлен в нашей стране частотой 50 Гц (в ряде стран Американского континента 60 Гц). Основными источниками ЭМП ПЧ, создаваемыми в результате деятельности человека, являются различные типы производственного и бытового электрооборудования переменного тока, в первую очередь подстанции и воздушные ЛЭП сверхвысокого напряжения (СВН). Поскольку соответствующая частоте 50 Гц длина волны составляет 6000 км, человек подвергается воздействию фактора в ближней зоне. Гигиеническая оценка ЭМП ПЧ осуществляется раздельно по электрическому и магнитному полям. При изучении состояния здоровья лиц, подвергавшихся производственным воздействиям ЭМП ПЧ при обслуживании подстанций и воздушных ЛЭП напряжением 220, 330, 400, 500 кВ отмечены изменения состояния здоровья. У персонала, обслуживающего подстанции напряжением 500 кВ, отмечались жалобы неврологического характера (головная боль, повышенная раздражительность, утомляемость, вялость, сонливость), а также нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Были выявлены некоторые функциональные изменения нервной и сердечно-сосудистой систем в форме вегетативной дисфункции (тахи- и брадикардия, артериальная гипертензия или гипотония, лабильность пульса, гипергидроз). Имеются данные об изменении таких показателей, как содержание холестерина в крови, сдвиг соотношения полов в потомстве, тенденция к увеличению хромосомных аберраций в соматических клетках (лимфоцитах крови).

Нормирование ЭМП осуществляется по ПДУ напряжённости электрического и магнитного полей в зависимости от времени пребывания и регламентируется ГОСТ 12.1.002.

. Применительно к ЭМП токов промышленной частоты (50 Гц) нормируются раздельно напряженности электрического и магнитного полей. Предельное значение напряженности электрического поля Е_пред = 25 кВ/м. При этом нормируется и время пребывания в поле.

Источниками электромагнитных волн радиочастотного диапазона являются трансформаторы, индукционные катушки, радиостанции большой мощности, воздушные линии электропередач с напряжением 1000 В (ВЛ) и т. п. воздействие ЭМИ радиочастотного диапазона определяется плотность потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывное, прерывистое, импульсное) размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями организма. Воздействие ЭМИ диапазона радиочастот может проявляться в различной форме – от незначительных изменений в некоторых системах организма до серьезных нарушений во всем организме. Поглощение организмом человека энергии ЭМИ вызывает тепловой эффект. Начиная с определенного предела, организм человека не справляется с отводом теплоты от отдельных органов, их температура может повышаться. В связи с этим воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей и органов с недостаточно интенсивным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузыри). Облучение глаз может привести к ожогам роговицы.

При длительном воздействии ЭМИ радиочастотного диапазона даже умеренной интенсивности могут произойти расстройства нервной системы, обменных процессов, изменения состава крови. Могут также наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей. На ранней стадии нарушения носят обратимый характер, но в дальнейшем происходят необратимые изменения в состоянии здоровья, стойкое снижение работоспособности и жизненных сил. Нормирование ЭМИ диапазона радиоволн проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.006. В основу нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающий энергетическую нагрузку. В диапазоне частот 60 КГц…300 МГц - по электрической Е магнитной составляющей Н. В диапазоне частот 300 МГц…300ГГц - по плотности потока энергии (ППЭ). Нормирование ЭМП радиочастот диапазона 10-30 кГц осуществляется также раздельно по напряженности электрического Е и магнитного Н полей.

СВЧ-излучение представляет собой энергию электромагнитных колебаний с частотой от 300 до 300 000 МГц и длинами волн от ультракоротких до миллиметровых. Оно распространяется повсеместно со скоростью света, и степень опасности влияния на человека зависит от мощности источника электромагнитных излучений, режима работы излучателей, конструктивных особенностей излучающего устройства, от параметров ЭМП, плотности потока энергии, напряженности поля, времени воздействия, размера облучаемой поверхности, индивидуальных свойств человека, расположения рабочих мест и эффективности защитных мероприятий. Различают тепловое и биологическое воздействие излучения.

Тепловое воздействие является следствием поглощения энергии ЭМП СВЧ-излучения. Чем выше напряженность поля и больше время воздействия, тем сильнее проявляется тепловое воздействие. Плотность потока энергии W = 10 Вт/м², организм не справляется с отводом теплоты, температура тела повышается и начинаются необратимые процессы. Биологическое (специфическое) воздействие проявляется в ослаблении биологической активности белковых структур, в нарушении сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Это воздействие проявляется при интенсивности ЭМП менее теплового порога, который равен 10 Вт/м² (торможение рефлексов, понижение кровяного давления, замедления сокращения сердца, изменения состава крови (появляются лейкоциты, уменьшается содержания эритроцитов)).

Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание - радиоволновая болезнь. Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания:

- астенический синдром;

- астено-вегетативный синдром;

- гипоталамический синдром (рис.2.13).

Рисунок 2.13 – Действие радиоволн и микроволн

 

Любое физическое тело, имеющее температуру больше температуры окружающей среды, излучает энергию, которая называется лучистой (тепловой). Тепловые лучи состоят на 2/3 из ИК-лучей, 1/3 - УФ и видимых лучей. Характеризуются общим и местным действием. Энергия ИК излучения при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект, причем наиболее активно коротковолновое излучение, проникающее глубоко в ткани организма и интенсивно поглощаемое водой. Наиболее поражаемые ИК-излучением – кожный покров и органы зрения. При остром поражении возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи. При хроническом облучении появляется стойкое изменение пигментации, красный цвет лица, например у стеклодуов, сталеваров. Реакции организма на воздействие ИК - излучения приведены на рисунке 2.14. Нормирование инфракрасного (теплового) излучения (ИК-излучения) осуществляется по интенсивности допустимых суммарных потоков излучения с учетом длины волны, размера облучаемой площади, защитных свойств спецодежды в соответствии с ГОСТ I2.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96.

Рисунок 2.14 – Действие ИК-излучений

 

Ультрафиолетовое излучение, составляющее 5% плотности потока солнечного излучения, - жизненно необходимый фактор, указывающий благотворное стимулирующее действие на организм. Ультрафиолетовое излучение искусственных источников, например, электросварочной дуги, УФ - облучателей, может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений (рис. 2.15). В умеренных дозах УФИ положительно влияет на организм человека: улучшает обмен веществ, усиливает иммунобиологическую сопротивляемость, стимулирует образование в коже витамина D, препятствующего возникновению рахита.

Рисунок 2.15 – Действие УФ-излучения

 

К производственным вредностям относят УФИ, возникающие при электросварке и работе ртутно-кварцевых ламп. В этих случаях облучение кожи может вызвать дерматит с отеком, жжением или зудом, иногда сопровождающийся общими симптомами: повышением температуры тела, появлением головной боли и др. Воздействие УФИ на глаза является причиной профессиональной болезни сварщиков — электроофтальмии. Предупреждению отрицательных последствий, вызываемых УФИ повышенной интенсивности, способствует выполнение ряда мероприятий. К первостепенным из них относят ограничение времени работы и увеличение расстояния до источника излучения. В качестве средств коллективной защиты используют экраны, ширмы и специальные кабины (для сварщиков). Из средств индивидуальной защиты кожных покровов работающих применяют спецодежду и рукавицы, а глаз и лица — щитки, шлемы и очки со светофильтрами в зависимости от вида работ и интенсивности облучения.

 

Лазерное излучение (ЛИ) - представляет собой особый вид ЭМИ, отличие которого от других видов излучения заключается в монохроматичности и высокой степени направленности. Лазеры представляют собой устройства, которые генерируют оптическое излучение большой мощности в определенной узкой области длины волны. Они позволяют сконцентрировать огромную энергию на очень небольшой площади и достичь при этом температуры в несколько миллионов градусов. Лазеры широко применяют в медицине (офтальмологии, хирургии), металлургии (для сверления отверстий, дефектоскопии материалов, сварки, плавки и резания самых тугоплавких металлов), в военной и космической технике.

При работе с лазерными установками обслуживающий персонал может подвергаться воздействию прямого, рассеянного и отраженного лазерного излучения, светового, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, электромагнитных полей в диапазоне ВЧ и СВЧ от генераторов накачки и даже прямому импульсу лазерного излучения при грубом нарушении правил безопасности. Кроме того, возможны повышенная загазованность и запыленность воздуха в результате его радиолиза и взаимодействия лазерного луча с мишенью. Наибольшее влияние оказывают рассеянные и отраженные от стекла, металла и внутренних поверхностей помещения лучи. Особенно опасно попадание лучей в глаза, так как роговица и хрусталик фокусируют излучение на сетчатке и концентрируют его, что может вызвать ее ожог, а иногда и образование отверстий в молекулярной области. При оценке биологического действия различают прямое, отражённой и рассеянное ЛИ. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия ЛИ с тканями и зависят от длины волны и частоты импульсов. Реакция организма человека на воздействие лазерного излучения приведены на рисунке 2.16.

При нормировании ЛИ устанавливают предельно допустимые уров­ни ЛИ для двух условий облучения — однократного и хронического, для трех диапазонов длин волн: 180...300 нм, 380... 1400 нм, 1400... 100 000 нм. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н и облученность Е.

Рисунок 2.16 – Действие лазерного излучения

 

 

К ионизирующим (радиоактивным) излучениям относят рентгеновские и γ-излучения, являющиеся электромагнитными колебаниями с очень малой длиной волны, а также α- и β-излучения, позитронное и нейтронное излучения, представляющие собой поток частиц с зарядом или без него. Рентгеновское и γ-излучение вместе называют фотонным излучением. Основное свойство радиоактивных излучений — ионизирующее действие. При прохождении их в тканях нейтральные атомы или молекулы приобретают положительный или отрицательный заряд и превращаются в ионы. α-излучение обладает высокой ионизирующей способностью (до нескольких десятков тысяч пар ионов на 0,01 м своего пути), но незначительным пробегом: в воздухе 0,02...0,11 м, в биологических тканях (2..,6)10^{-6 м. Бета-излучение и позитронное излучение — это соответственно потоки электронов и позитронов со значительно меньшей ионизирующей способностью, которая при одинаковой энергии в 1000 раз меньше, чем у β-частиц. Очень большой проникающей способностью обладает нейтронное излучение. Проходя через ткани, нейтроны вызывают в них образование радиоактивных веществ (наведенную активность). Рентгеновские лучи, возникающие при β-излучении или в рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т. п., а также γ-излучение, испускаемое радионуклидами, обладают самой низкой способностью ионизировать среду, но самой высокой проникающей способностью. Их пробег в воздухе составляет несколько сот метров, а в материалах, применяемых для защиты от ионизирующих излучений (свинец, бетон),—десятки сантиметров. Виды излучений представлены на рисунке 2.17}

Рисунок 2.17 – Виды ионизирующих излучений

 

Для количественной характеристики ионизирующей способности радиоактивного излучения используют понятие «поглощенная доза» (D) – т.е. величина энергии излучения, переданная единице массы облучаемого вещества. Поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название – грэй (Гр). Доза в органе или ткани (Dт) – средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела.

Установлено, что биологическое действие одинаковых поглощенных доз разного вида излучений (α, β, γ, и др.) на организм неодинаково. В связи с этим вводят понятие эквивалентной дозы Н_Т. Доза эквивалентная (H_T,R) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, W_R:

,

(2.22)

где W_R - взвешивающие коэффициенты учитывают относительную эффективность разных видов ионизирующих излучений в индуцировании биологических эффектов. Значения W_R для рентгеновского, β-, γ-излучения составляет 1, а для α-частиц, осколков деления тяжелых ядер – 20. Т.е. при одинаковой поглощенной дозе биологическое действие α-излучения будет в 20 раз выше, чем рентгеновского, β- и γ-излучений. Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

(бэр – биологический эквивалент рентгена; Р – Рентген).

Для количественной оценки ИИ рентгеновского и излучения используется понятие экспозиционной дозы. Экспозиционной доза это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в сухом атмосферном воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, к массе воздуха в указанном объеме:

(2.24)

Измеряется экспозиционная доза в кулонах на килограмм . Применяется пока и внесистемная единица – Рентген (Р): .

Экспозиционная доза характеризует ионизационную способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе, т.е. является характеристикой поля фотонного, а не всех видов ионизирующего излучения, причем только в диапазоне энергий от нескольких кэВ до 3МэВ и только для воздуха.

Используется и эффективная доза (Е)– величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения органов человека с учетом их радиочувствительности.

Коэффициенты W_T учитывают, что органы человека имеют неодинаковую чувствительность к ионизирующим излучениям. Для гонад W_T = 0,2, для костного мозга, легких, желудка 0,12, для печени 0,05, для кожи 0,01. Эффективная доза позволяет оценить последствия облучения отдельных органов и тканей человека с учетом их радиочувствительности. Чувствительность к ионизирующему излучению всех критически органов разная:

I группа – все тело и гонады (Е=0,2), красный костный мозг (Е=0,12);

II группа – печень (Е=0,05), почки, легкие и т.д. (Е=0,12);

III группа – кожа, кости и т.д. (Е=0,01).

Ионизирующее излучение вызывает в организме человека цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях. Ионизирующее излучение сопровождает распад радиоактивных элементов.

 

Ионизирующее излучение (ИИ) вызывает два вида эффектов:

- детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и другие.);

- вероятностные эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни и другие). На рисунке 2.18 представлены реакции человека на воздействие ионизирующего излучения.

Рисунок 2.18 - Действие ионизирующих лучей

 

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их через кожу. При этом одни вещества распределяются в организме равномерно, а другие накапливаются только в определенных

(критических) органах и тканях: радиоактивный йод — в щитовидной железе, радиоактивный радий и стронций — в костях и т. п. критические органы разделены на три группы:

I – все тело, гонады, красный костный мозг;

II – печень, почки, легкие, хрусталик глаза и т.д.;

III – кожа, кости, кисти, предплечья, лодыжки, стопы.

Длительность нахождения радиоактивных веществ в организме зависит от скорости выделения и периода полураспада — времени, за которое радиоактивность снижается вдвое. Удаление таких веществ из организма происходит главным образом через желудочно-кишечный тракт, почки и легкие, частично через кожу, слизистую оболочку рта, с потом и молоком.

Ионизирующие излучения могут вызывать местные и общие поражения (рис. 2.20). Степень радиационной опасности радионуклида связана также с продолжительностью его поступления в организм. При высоких коэффициентах усвоения радионуклидов опасные их количества в критических органах могут накапливаться как при однократном, так и хроническом поступлении, а при низких значениях коэффициентов – значимое накопление радионуклидов может наблюдаться только при их хроническом поступлении, в то время как при однократном даже массивном поступлении такой опасности может и не возникнуть.

Рисунок 2.20 - Действие ионизирующего излучения

 

Процессы взаимодействия ИИ с веществом в живых организмах приводят к специфическому биологическому действию, завершающемуся повреждением организма. В процессе этого повреждающего действия условно выделяют три этапа:

1) первичное действие ИИ;

2) влияние радиации на клетки;

3) действие радиации на целый организм (табл. 2.15).

5 Острые поражения развиваются при однократном равномерном γ -облучении всего тела и поглощённой дозе выше 0,25 Гр (Грей)

 

 

Таблица 2.15 - Возможные последствия облучения людей.

Доза облучения, Р	Признаки поражения
	Отсутствие признаков поражения
	При многократном облучении в течение 10-30 сут. работоспособность не снижается. При остром (однократном) облучении у 10% облученных — тошнота и рвота, чувство усталости, без серьезной потери трудоспособности.
	При многократном облучении в течение 3 мес. работоспособность не снижается. При остром (однократном) облучении дозой 100-250 Р— слабо выраженные признаки поражения — лучевая болезнь первой степени
	При многократном облучении в течение года работоспособность не снижается. При остром облучении дозой 250-300 Р — лучевая болезнь второй степени. Заболевание в большинстве случаев заканчивается выздоровлением.
400-700	Лучевая болезнь третьей степени. Сильная головная боль, повышенная температура, слабость, жажда, тошнота, рвота, понос, кровоизлияние во внутренние органы, в кожу и слизистые оболочки, изменение состава крови. Выздоровление возможно при условии проведения своевременного и эффективного лечения. При отсутствии лечения смертность может достигнуть почти 100%
Более 700	Болезнь в большинстве случаев приводит к смертельному исходу. Поражение проявляется через несколько часов — лучевая болезнь четвертой степени
Более 1000	Молниеносная форма лучевой болезни. Пораженные теряют работоспособность практически немедленно и погибают в первые дни после облучения

 

Рисунок 2.21 – Отдаленные последствия облучения на людей

 

Требования к администрации, персоналу и населению по обеспечению радиационной безопасности, использованию средств индивидуальной защиты (СИЗ), соблюдению правил личной гигиены, медицинскому обеспечению радиационной безопасности, организации работ с источниками ионизирующего излучения и другие требования определены в «Основных санитарных правилах обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ - 99)», СП 2.6.1.799 – 99. В соответствии с этими документами в нашей стране существуют следующие основные принципы обеспечения радиационной безопасности:

1) принцип нормирования – не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ИИ;

2) принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причинённого дополнительные к естественному фону облучения;

3) принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ИИ.

Нормы радиационной безопасности распространяются на виды излучения, указанные на рисунке 2.23. Требования и нормативы по обеспечению безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения установлены Нормами радиационной безопасности (НРБ - 99), где установлены следующие категории облучаемых лиц:

1) персонал – лица, работающие с техногенными источниками ионизирующих излучений (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

2) все население, в т.ч. и персонал вне сферы и условий их производственной деятельности.

При нормальных условиях эксплуатации источников ионизирующего излучения годовая доза облучения населения не должна превышать основные пределы доз (ПД) которые приведены в таблице 2.17. При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать пределы доз, указанных в таблице 2.17.

 

 

Рисунок 2.23 – Виды облучения персонала и населения

 

Таблица 2.17 – Основные пределы доз (НРБ – 99)

Нормируемая величина	Пределы доз (1)	Примечание
Категории облучаемых лиц
Персонал	Население
Группа А	Группа Б(2)
Эффективная доза (3)
· Среднегодовая за любые последовательные 5 лет	20 мЗв (2 бэр)	5 мЗв (0,5 бэр)	1 мЗв (0,1 бэр)
· но не более в год	50 мЗв (5 бэр)	12,5 мЗв (1,25 бэр)	5 мЗв (0,5 бэр) (5)	Для β и γ –излучения 1 бэр = 1Р
· за период трудовой деятельности (50 лет)	1 Зв (100 бэр)	0,25 Зв (25 бэр)	_	Начало периодов вводится с 1 января 2000 года
· за период жизни (70 лет)	_	_	70 мЗв (7 бэр)

 

Таблица 2.18 – Классификация основных дозовых пределов, допустимых и контрольных уровней

Класс нормативов	Категория А (персонал)	Категория Б (ограниченная часть населения)
Основной дозовый предел	Предельно допустимая доза (ПДД)	Предел дозы (ПД)
Допустимые уровни	Предельно допустимое годовое поступление (ПДП) радионуклида через органы дыхания	Предел годового поступления (ПГП) радионуклида через органы дыхания и пищеварения
Допустимое содержание (ДСА) радионуклида в критическом органе	Допустимое содержание (ДСБ) радионуклида в критическом органе
Допустимая мощность дозы (ДМДА) излучения	Допустимая мощность дозы (ДМДБ) излучения
Допустимая плотность потока частиц (ДПАА)	Допустимая плотность потока частиц (ДППБ)
Допустимая объемная активность (концентрация) (ДКА) радионуклида в воздухе рабочей зоны	Допустимая объемная активность (концентрация) (ДКБ) радионуклида в атмосферном воздухе и воде
Допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей (ДЗА)
Контрольные уровни	Контрольное годовое поступление (КГПА) радионуклида через органы дыхания	Контрольное годовое поступление (КГПБ) радионуклида через органы дыхания и пищеварения
Контрольное содержание (КСА) радионуклида в критическом органе	Контрольное содержание (КСБ) радионуклида в критическом органе
Контрольная мощность дозы (КМДА) излучения	Контрольная мощность дозы (КМДБ) излучения
Контрольная годовая доза (КГДА) внешнего облучения	Контрольная годовая доза (КГДБ) внешнего облучения
Контрольная плотность потока частиц (КППА)	Контрольная плотность потока частиц (КППБ)
Контрольная концентрация (КкА) радионуклида в воздухе рабочей зоны	Контрольная концентрация (ККБ) радионуклида в атмосферном воздухе и в воде
Контрольное загрязнение поверхности (КзА)