Розділ 3. Техногенні небезпеки та їх вплив на життєдіяльність людини

ЛЕКЦІЯ 8. Тема 3.1. Небезпеки виробничої сфери та побуту (шум, вібрація, іонізуючі випромінювання)

Вивчення теми дозволяє студенту:

– розвинути комплексну уяву про джерела, кількісну і якісну характеристики небезпек техногенного характеру: шуму, вібрації, іонізуючих випромінювань;

– проаналізувати вплив шуму, вібрації, іонізуючих випромінювань;

– сформулювати загальну стратегію і принципи забезпечення безпеки в умовах, де виникають шум, вібрація, іонізуючі випромінювання;

– вибирати ефективні засоби захисту від шуму, вібрації, іонізуючих випромінювань.

У процесі вивчення теми студент повинен усвідомити, що небезпечні фактори техногенного характеру можуть призвести до погіршення здоров’я, травматизму і навіть смерті людини, негативно впливати на природне середовище. І, щоб уникнути негативних наслідків їх дії, необхідно виховувати у майбутніх спеціалістів почуття відповідальності за створення безпечних умов діяльності, вдало і надійно застосовувати засоби захисту.

Загальні відомості про техногенні небезпеки.

Засоби колективного та індивідуального захисту людини.

Дія шуму і вібрації на організм людини.

Іонізуючі випромінювання та їх характеристики.

Джерела іонізуючих випромінювань.

Дія іонізуючих випромінювань на людину.

Радіаційна безпека.

Контрольні питання

1. Класифікація техногенних небезпек.

2. Засоби колективного захисту від небезпек.

3. Засоби індивідуального захисту від небезпек.

4. Знаки та кольори небезпек.

5. Вплив шуму на організм людини, засоби та заходи захисту від впливу шуму.

6. Вплив вібрації на організм людини.

7. Природа та види іонізуючого випромінювання. Проникаюча властивість.

8. Кількісні оцінки іонізуючого випромінювання. Специфічна дія іонізуючого випромінювання на організм людини. Джерела іонізуючих випромінювань.

9. Норми радіаційної безпеки.

10. Заходи радіаційної безпеки.

Література

1. Основи екології та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посібник / За ред. В.С. Джигирея. – Львів, 1999. – 238 с.

2. Алексеенко И.Р., Кейсевич Л.В. Последняя цивилизация? Человек. Общество. Природа. – К.: Наукова думка, 1997. – 412 с.

3. Основи соціоекології: Навч. посібник / За ред. Г.О. Бачинського. – К.: Вища школа, 1995. – 238 с.

4. Захарченко М.В., Орлов М.В., Голубєв А.К. та ін. Безпека життєдіяльності у повсякденних умовах виробництва, побуту та у надзвичайних ситуаціях: Навч. посібник. – К.: ІЗМИ, 1996. – 196 с.

5. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / Под общей ред. С.В. Белова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая шк., 1999. – 448 с.

6. Охрана труда в химической промышленности / Г.В. Макаров, А.Я. Васин, Л.К. Маринина и др. – М.: Химия, 1989. – 496 с.

7. Кушелев В.П. Основы техники безопасности на предприятиях химической промышленности. – М.: Химия, 1992. – 304 с.

8. Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87.

9. Романенко А.Е. и др. Проблемы радиационной медицины. – К.: Здоровье, 1988.

10. Нормы радиоактивной безопасности НРБ-76/87 и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 160 с.

11. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества / Под ред. Л.А. Ильина, В.А. Филова. – М.: Химия, 1990. – 463 с.

12. Когл Дж. Биологические эффекты радиации. – М.: Энергоиздат, 1986. – 260 с.

Загальні відомості про техногенні небезпеки

Як визначалося раніше, людина здійснює свою життєдіяльність у навколишньому середовищі, яке складається із природного і штучного, створеного людьми у процесі розвитку, тобто техносфері (виробництво, транспорт, побут). Однією із складових техносфери є виробництво, де людина здійснює свою трудову діяльність і постійно знаходиться під впливом вражаючих, небезпечних і шкідливих факторів виробничого середовища.

В умовах техносфери негативні впливи обумовлені елементами техносфери (машини, споруди, технології і т. д.) та діями людей.

Характерною особливістю сучасного виробництва є застосування різноманітних, технологічних процесів, складних за своєю фізико-хімічною основою, використання нових технологічних матеріалів, які недостатньо вивчені з погляду негативного їх впливу на людину і середовище.

На деяких підприємствах інтенсивно використовуються високотоксичні, легкозаймисті речовини, різноманітні випромінювання; технологічні процеси часто супроводжуються значними рівнями шуму, вібрації, ультра- та інфразвуку. Значна кількість робіт виконується в умовах запиленості та загазованості. У той же час в усіх галузях діяльності людини здійснюється інтенсивна комп’ютеризація, яка теж супроводжується наявністю негативних факторів, що впливають на здоров’я людини.

Сьогодні в нашій країні скоюється багато злочинів на економічному ґрунті, таких як тіньова економіка, організована злочинність, криміналізація економіки, економічна злочинність, – ось ті хвороби, які вражають нашу державу.

Державна податкова служба законом включена в систему державних органів, що здійснюють боротьбу з організованою злочинністю. Діяльність податкової служби, яка спрямована на забезпечення виконання законодавства про податки, забезпечення правильності їх нарахування та сплати, часто перетинається з протиправними інтересами злочинних груп. Зміст роботи податкових служб (податкової міліції, податкової інспекції) підвищує ймовірність потрапляння їх співробітників у поле зору кримінальних елементів, і вся їх діяльність пов’язана зі специфічними небезпечними факторами.

У побуті людину теж супроводжує ціла гама негативних факторів: забруднення повітря, автотранспорт, неякісні продукти харчування, шум, вібрація, електромагнітні та іонізуючі поля від побутових приладів, ліки, алкоголь, тютюновий дим, бактерії, інфекційні захворювання, отруйні речовини, рослини, тварини.

Метою вивчення цього розділу є визначення сутності, природи виникнення, дії на організм людини небезпечних і шкідливих факторів у техносфері: фізичних (шум, вібрація, іонізуючі та електромагнітні випромінювання, електричний струм), хімічних, біологічних та психофізіологічних.

Техногенні небезпеки погіршують здоров’я людей, призводять до травм або загибелі, матеріальних витрат і деградації природного середовища. Захист від техногенних небезпек здійснюється вдосконаленням джерел небезпек, збільшенням відстані між джерелами небезпек і об’єктами захисту, застосуванням захисних засобів (колективних та індивідуальних).

Засоби колективного та індивідуального захисту працюючих

З метою запобігання або зменшення впливу на працюючих шкідливих і небезпечних виробничих чинників застосовують засоби колективного та індивідуального захисту. До заходів колективного захисту належать захисні пристрої. Це прист рої, що застосовуються для запобігання або зменшення впливу на працюючих вражаючих, небезпечних і шкідливих виробничих факторів. Зокрема, захисні пристрої попереджують потрапляння людини в небезпечну зону. Небезпечною зоною вважається простір, у якому постійно діють або періодично виникають ситуації, небезпечні для життя і здоров’я людини.

Захисні пристрої поділяються на огороджувальні, блокувальні, захисні, спеціальні, гальмівні, автоматичного контролю і сигналізації, дистанційного управління.

Огороджувальні захисні пристрої – це фізична перепона, різноманітного роду кожухи, щити, екрани, козирки, планки, бар’єри. Вони можуть бути стаціонарні, пересувні, знімні, розсувні і т. п. Огородження повинне бути естетичним, не бути самонебезпечним, достатньо жорстким, щоб людина при втраті рівноваги могла на нього обпертися. Воно не повинне втрачати захисних властивостей при вібраціях, високих температурах тощо. Внутрішня поверхня огороджень фарбується в сигнальний колір. На зовнішню поверхню наноситься (вивішується) попереджуючий знак. При потребі спостерігати за процесом, огородження можуть виконуватися прозорими.

Блокувальні захисні пристрої забезпечують роботу робочих органів, пристроїв, механізмів і установок або доступ до них тільки в тому випадку, якщо вони знаходяться у визначеному заздалегідь заданому положенні, стані. Вони в основному застосовуються для запобігання аварійних і травмонебезпечних ситуацій. Наприклад, неможливість пуску якогось механізму без попереднього сигналу; неможливість доступу, скажімо, до струмоведучих частин, якщо з них не зняти напругу. Попереджуючі захисні пристрої забезпечують безпечну експлуатацію машин, пристроїв, установок шляхом обмеження небезпечного параметра (швидкості, ваги, температури, сили струму і т. д.), подальше зростання якого може призвести до руйнування устаткування або до нещасного випадку. Так, наприклад, від механічних перевантажень застосовують шпонки, шпильки, штифти і т. д.; від тиску – клапани, розривні мембрани; від переміщення – упори, кільцеві вимикачі; від сили струму – плавкі запобіжники, біметалічні й електромагнітні розщеплювачі і т. д.

Спеціальні пристрої характерні для певного обладнання. Наприклад, спеціальні уловлювачі в ліфтах, шахтах, підіймачах (ловити кабіну при розриві троса), дворуке вмикання пресів і т. д.

Гальмівні пристрої служать для уповільнення і припинення руху частин або самого устаткування при виникненні небезпечного фактора.

Пристрої автоматичного контролю і сигналізації – це пристрій для передачі інформації з метою привернення уваги персоналу. Вони здійснюють контроль параметрів: тиск, температуру, швидкість, вологість і т. п.

Пристрої дистанційного управління – це пристрої для управління установкою та устаткуванням. За їх допомогою здійснюється управління обладнанням на відстані, людина при цьому перебуває за межами небезпечної зони.

Для попередження про можливу небезпеку застосовуються знаки безпеки. Вони поділяються на 4 групи:

– заборонні (форма знака кругла, ободок червоного кольору);

– попереджуючі (форма знака трикутна, ободок чорного кольору);

– приписувані (форма знака прямокутна, ободок зеленого кольору);

– вказівні (форма знака прямокутна, ободок синього кольору).

Носіями інформації про небезпеку є сигнальні кольори. Прийняті наступні основні кольори: червоний – “небезпека”, “стоп”. У червоний колір фарбуються: знаки, інструмент, техніка пожежної безпеки; вимикаючі пристрої; внутрішні поверхні кожухів, огороджень; частини, що рухаються, обертові частини (муфти, патрони і т. д.); аварійні крани, ключі, ручки і т. п.

Жовтий – “увага”, попередження про можливу небезпеку. У жовтий колір фарбуються: попереджуючі знаки безпеки; елементи будівельних конструкцій, що можуть бути причиною нещасного випадку; елементи устаткування, що можуть бути причиною нещасного випадку; підйомно-транспортне устаткування; ємності і трубопроводи з небезпечними і шкідливими речовинами.

Зелений – “безпека”, “дозвіл”, показує, що шлях вільний. У зелений колір фарбуються: евакуаційні, запасні виходи; сигнальні лампи, табло пунктів першої допомоги; місця перебування аптечок, рятувальних засобів.

Синій колір несе в собі інформацію.

Білим кольором позначають межі проїзду, проходу, місць складання.

Крім колективних засобів захисту, існують ще й індивідуальні. Засоби індивідуального захисту поділяються на такі: шкіряного покрову тіла, рук, ніг, голови, обличчя, очей, органів слуху, дихання, падіння з висоти. Крім того, для захисту від електричного струму застосовуються діелектричні засоби захисту. При роботі на висоті, всередині ємностей, криниць і ям застосовують спеціальні захисні пояси зі страхувальним ланцюгом або мотузкою. Спеціальні засоби застосовуються також для захисту від іонізуючих, електромагнітних та інших випромінювань.

Дія шуму і вібрації на організм людини

Шум – це хаотична сукупність різних за силою і частотою звуків, що заважають сприйняттю корисних сигналів і негативно впливають на людину. Фізична сутність звуку – це механічні коливання пружного середовища (повітря, рідини). Під час звукових коливань утворюються області зниженого і підвищеного тиску, що діють на слуховий аналізатор (мембрану вуха).

Основними фізичними характеристиками звуку є: частота f (Гц), звуковий тиск Р (Па), інтенсивність або сила звуку І (Вт/м2), звукова потужність (Вт) тощо. Швидкість поширення звукових хвиль в атмосфері при 20о С складає 344 м/с. Як було сказано раніше у розділі 2, органи слуху людини сприймають звукові коливання в інтервалі частот від 16 до 20 000 Гц. Але деякі із звуків не сприймаються органами слуху людини: коливання з частотою нижче 16 Гц – інфразвуки, з частотою вище 20 000 Гц – ультразвуки.

Мінімальна інтенсивність звуку, яку людина відчуває, називається порогом чутливості. У різних людей він різний, і тому умовно за поріг чутливості приймають звуковий тиск, який дорівнює 2 ґ 10-5 Н/м2 (ньютон на метр квадратний) при стандартній частоті 1 000 Гц. При цій частоті поріг чутливості Іо = 10 – 12 Вт/м2, а відповідний йому тиск Ро = 2 ґ 10-5 Па. Максимальна інтенсивність звуку, при якій вухо починає відчувати болючі відчуття, називається порогом болісного відчуття, рівним 102 Вт/м2, а відповідний йому звуковий тиск Р = 2 ґ 102 Па.

Зміни інтенсивності звуку і звукового тиску, що чує людина, величезні і складають відповідно 1014 і 107 разів, тому оперувати такими великими числами незручно. Таким чином, для оцінки шуму прийнято вимірювати його інтенсивність і звуковий тиск не абсолютними фізичними величинами, а логарифмами відношень цих розмірів до умовного нульового рівня, що відповідає порогові чутливості стандартного тону, частотою 1 000 Гц. Ці логарифми відношень називають рівнями інтенсивності і звукового тиску, виражені в белах (Б). Одиниця виміру “бел” названа іменем винахідника телефону А. Белла (1847–1922). Оскільки орган слуху людини спроможний розрізняти зміни рівня інтенсивності звуку на 0,1 Б, то для практичного використання більш зручнішою є одиниця в 10 разів менше – децибел (дБ).

Якщо значення гучності звуку (інтенсивності) перевищує 60 – 80 дБ, то такий шум уже може шкідливо впливати на здоров’я людини: підвищувати кров’яний тиск, викликати порушення ритму серця, створювати значне навантаження на нервову систему, впливати на психічний стан особи. Дуже сильний шум (понад 140 – 180 дБ) може викликати розірвання барабанної перетинки.

У даний час вчені багатьох країн світу ведуть різноманітні дослідження з метою з’ясування впливу шуму на здоров’я людини. Дослідження показали, що шум завдає суттєвої шкоди здоров’ю людини, але й абсолютна тиша лякає і пригнічує її. Так, співробітники одного конструкторського бюро, що мали прекрасну звукоізоляцію, уже чер ез тиждень стали скаржитися на неможливість роботи в умовах пригнічуючої тиші: вони були знервовані, втрачали працездатність. І, навпаки, було встановлено, що звуки значної сили стимулюють процес мислення, особливо процес рахунку.

Кожна людина сприймає шум по-різному. Багато чого залежить від віку, темпераменту, стану здоров’я, оточуючих умов. Деякі люди втрачають слух навіть після короткого впливу шуму порівняно збільшеної інтенсивності.

Постійна дія сильного шуму може не лише негативно вплинути на слух, але й викликати інші шкідливі наслідки – дзвін у вухах, запаморочення, головний біль, підвищення втоми, зниження працездатності.

Шум має акумулятивныий ефект, тобто акустичні подразнення, накопичуючись в організмі людини, все сильніше пригнічують нервову систему. Тому перед втратою слуху від впливу шумів виникає функціональний розлад центральної нервової системи. Особливо шкідливий вплив шуму позначається на нервово-психічній діяльності людини. Процес нервово-психічних захворювань вищий серед осіб, що працюють у гомінких умовах, ніж у людей, що працюють у нормальних звукових умовах.

Шуми викликають функціональні розлади серцево-судинної системи; шкідливо впливають на зоровий і вестибулярний аналізатори; знижують рефлекторну діяльність, що часто стає причиною нещасних випадків і травм.

Як довели дослідження вчених, звук, якого не чути, також може зробити шкідливий вплив на здоров’я людини. Так, інфразвуки особливий вплив роблять на психічну сферу людини: уражають усі види інтелектуальної діяльності; погіршують настрій; іноді з’являється відчуття розгубленості, тривоги, переляку, страху, а при високій інтенсивності – почуття слабкості, як після сильного нервового потрясіння.

Навіть слабкі звуки, інфразвуки можуть робити на людину істотний вплив, особливо якщо вони носять тривалий характер. На думку вчених, саме інфразвуками, що нечутно проникають крізь самі товсті стіни, викликається багато нервових захворювань жителів великих міст.

Ультразвуки, що займають помітне місце в гамі виробничих шумів, також небезпечні. Механізми їх дії на живі організми вкрай різноманітні. Особливо сильно до їх негативного впливу схильні клітини нервової системи.

Шум підступний, його шкідливий вплив на організм відбувається незримо, непомітно. Організм людини проти шуму практично беззахисний.

Лікарі говорять про шумову хворобу як про наслідок впливу шуму із переважними поразками слуху і нервової системи.

Зменшення рівня шуму покращує самопочуття людини і підвищує продуктивність праці. З шумом необхідно боротися як на виробництві, так і в побуті. Уміння дотримуватися тиші – показник культури людини і його доброго ставлення оточуючих. Тиша потрібна людям так само, як сонце і свіже повітря.

Докладна класифікація засобів і методів боротьби із шумом приводиться в ГОСТ 12.1.029-80 “ССБТ. Способы и методы защиты от шума. Классификация”.

У даному розділі розглянуті найбільш загальні з усіх можливих методів і засобів захисту. У першу чергу потрібно використовувати колективні методи і засоби. Найефективнішими є заходи зниження шуму в джерелі його виникнення. Шум можна понизити на шляху його розповсюдження (див. Рис.1.).

До засобів індивідуального захисту від шуму належать:

– протишумні навушники, які закривають вушну раковину;

– протишумні вкладиші, що перекривають зовнішній слуховий прохід;

– протишумні шоломи – закривають усю голову. Їх застосовують у сполученні з навушниками;

– протишумні костюми.

– застосування малошумного обладнання, заміна металевих частин на пластмасу, установка глушителів і т. д;– установка обладнання на демпфіруючих прокладках;– розміщення джерел шуму в шкірі, приміщеннях і т. д. зі звукоізоляцією або звукопоглинанням;– установка “антизвуку”, тобто джерела, рівного за величиною і проти-лежного за фазою звуку – архітектурно-планувальні методи (розміщення будівель, обладнання, захисні зелені смуги, екрани і т. д.);– звукоізолюючі кабіни, акустичні екрани місць роботи;– оснащення шумних машин і технологій засобами дистанційного телеавтоматичного управління

Рис. 1. Класифікація колективних засобів захисту

Вібрація – це коливання твердих тіл, яке виникає при зсуві центру ваги тіла, що рухається, обертається або при періодичній зміні форми тіла порівняно зі статичним станом цього тіла. Вібрація характеризується частотою (Гц), амплітудою зсуву, тобто розміром найбільшого відхилення точки, що коливається від положення рівноваги (м), коливальною швидкістю (м/с) та коливальним прискоренням (а/с2). Ступінь і характер впливу на людину залежить від амплітуди і частоти коливань. Так, власні частоти внутрішніх органів знаходяться в області 6 – 9 Гц. Отже, вібрація машин, площадок, ручних інструментів і т. д. особливо небезпечна при частотах 8 – 12; 17 – 25 Гц і т. д., тому що вони можуть бути резонансними для органів. При роботі з ручними машинами (їхня вібрація знаходиться в області 100 Гц) виникають судинні розлади. Загальна вібрація, що має широкий спектр частоти, справляє несприятливий вплив на центральну нервову систему, вестибулярний апарат, шлунково-кишковий тракт, викликає запаморочення, оніміння кінцівок, захворювання суглобів. Тривалий вплив вібрації викликає фахове захворювання – вібраційну хворобу.

Методи боротьби з вібрацією зводяться в основному до демпфірування установок, машин, механізмів, використання різноманітного роду амортизаторів, вібропоглинання.

Іонізуючі випромінювання

Світова громадськість стала виявляти серйозну занепокоєність із приводу впливу іонізуючих випромінювань на людину і навколишнє середовище з початку 50-х років. У результаті іспитів ядерної зброї в атмосфері, проведених трьома країнами (СРСР, США, Великобританія), радіоактивні опади стали поширюватися по всій земній кулі. У грудні 1955 року Генеральна Асамблея ООН заснувала науковий комітет щодо дії атомної радіації (НКДАР). Завдання цього комітету – вивчення рівнів радіації, її дії на навколишнє середовище і небезпеку для населення, що утворюється будь-яким джерелом радіації: як природним, так і штучним, включаючи радіоактивні опади. Це і стало початком наукових досліджень в галузі забезпечення захисту людини від іонізуючого випромінювання. До цього зусилля були в основному спрямовані на створення й удосконалення ядерної зброї.

Іонізація – це утворення позитивних і негативних іонів та вільних електронів з електрично нейтральних атомів та молекул. Атом, що загубив електрони, стає іоном, він має позитивний заряд. Для цього необхідно витратити енергію. Атом, що приєднав електрон, стає негативним іоном. Цей процес може супроводжуватись як витратою, так і виділенням енергії. Випромінювання, взаємодія яких із середовищем призводить до іонізації атомів і молекул, називається іонізуючим.

Велика частина випромінювань надходить від радіоактивних речовин, що знаходяться у земній корі. Іонізуючі випромінювання існували на Землі задовго до зародження на ній життя і були присутні в Космосі до виникнення самої Землі.

Родоначальником науки про радіацію є французький вчений Анрі Беккерель, який поклав у ящик столу фотографічні плівки і притиснув їх шматком мінералу, що містив уран. Коли він проявив плівки, то виявив на них сліди якихось випромінювань. Він назвав їх радіоактивними (1986 р.)

Радіоактивність – це самовільне перетворення ядер атомів одних елементів у інші. Атом складається з ядра й електронів, що обертаються навколо нього. Ядро складається з протонів, що мають позитивний заряд, і нейтронів – нейтральних часток. Атоми, що мають ядро з однаковим числом протонів, але не однакове число нейтронів, до різновидів одного хімічного елемента і називаються ізотопами. Так, уран 238 містить 92 протони і 146 нейтронів, а уран 235 – 92 протони і 143 нейтрони. Ядра всіх ізотопів хімічних елементів утворюють групу “нуклідів”. Більшість нуклідів не стабільні, вони увесь час перетворюються в інші нукліди. Так, уран 238 час від часу втрачає 4 частки (2 протони і 2 нейтрони) і перетворюється у торій 234.

При кожному такому акті розпаду визволяється енергія, що поширюється у вигляді випромінювання. Якщо випромінюється позитивно заряджена частинка або нейтральна (2 протони і 2 нейтрони), як у випадку з ураном 238, то це називається a-випромінюванням, якщо випромінюються електрони – це називається -випромінюванням. При випромінюванні частинок ядра збуджуються й атоми. Знімається збудження викидом чистої енергії. Це називається g-випромінювання. Вони характеризуються активністю (числом радіоактивних перетворень за одиницю часу).

Одиницями радіоактивності є:

Беккерель: “Бк” – дорівнює 1 перетворенню за секунду.

Кюрі “Кі” – дорівнює 3,7 ґ 1 010 ядерних перетворень за секунду.

Тобто Кі більш вагома порівняно з Бк одиницею.

Зміна енергетичного стану електронів атомів може викликатися й іншими причинами. Так, наприклад, у результаті енергетичних процесів, що відбуваються на сонці, змінюється енергетичний стан електронів, що знаходяться на зовнішніх оболонках атомів. При цьому випромінюється енергія довгої хвилі (400…1) ґ 10-9 м, що називається ультрафіолетовим випромінюванням. Якщо випромінювання виникає внаслідок зміни енергетичного стану електронів на внутрішніх оболонках атомів, ці випромінювання називають рентгенівськими (…1) ґ 10-12 м. Але природа цих випромінювань загальна. Вони виникають при зміні енергетичних станів ядер або електронів атомів і являють собою короткохвильове електромагнітне випромінювання чистої (квантової) енергії. Таким чином, іонізуюче випромінювання поділяється на 2 види: електромагнітне (фотонне), до якого належать ультрафіолетове, рентгенівське і?-випромінювання, та корпускулярне (?,?, нейтрони, протони) (див. рис.2.).

Рис. 2. Класифікація іонізуючих випромінювань

Різні види випромінювання супроводжуються звільненням різної кількості енергії і мають різну проникну здатність. Звідси і неоднаковий вплив на органи живого організму.

Так, корпускулярне випромінювання, що складається з -часток (потік важких часток) затримується, наприклад, листом паперу і практично не здатне проникнути через зовнішній прошарок шкіри. Довжина пробігу в повітрі – 2,5 см, у біологічній тканині – 31 мкм, в алюмінію – 16 мкм.

Дія -часток надзвичайно небезпечна, якщо вони потрапляють усередину організму через рану, з їжею, повітрям.

Корпускулярне випромінювання, що складається з -частинок, має більшу проникну спроможність. Довжина пробігу в повітрі – 17,8 м, у біологічній тканині – 1–2 см, у воді – 2,6 см, в алюмінію – 9,8 см.

Електромагнітні випромінювання () поширюються зі швидкістю світла і мають високу проникну здатність. Цей вид випромінювання може затримати лише товста бетонна (приблизно 0,5 м товщиною) або свинцева плита. Довжина пробігу в повітрі – декілька сотень метрів.

Ушкоджень у живому організмі, викликаних іонізуючим випромінюванням, буде тим більше, чим більше енергії воно передасть тканинам. Кількість такої переданої організму енергії називається дозою.

Доза, яка характеризує іонізуючу спроможність випромінювання в повітрі, називається експозиційною (Х). Вона вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг):

(Кл/кг),

де Q – повний заряд іонів одного знаку, що виникають у по-вітрі, (Кл);

m – маса повітря, (м).

Позасистемна одиниця – рентген (Р):

1Р = 2,58 ґ 104 (Кл/кг).

Поглинена доза – це кількість енергії випромінювання, поглинена одиницею маси тіла, що опромінюється.

Поглинена доза (Д) вимірюється в греях (Гр):

(Гр),

де Е – кількість енергії випромінювання (Дж);

т – маса тіла речовини (кг).

Одиниця виміру 1 грей = 1Дж / 1кг. У радіобіології і медицині частіше використовують позасистемну одиницю – рад (1 рад = 0,01 Гр). Проте ця доза (поглинена) не враховує того, що різний вид випромінювання при одній і тій самій поглиненій дозі має різну небезпеку. Скажімо, -випромінювання більш небезпечне, ніж -випромінювання або -випромінювання.

Доза, що враховує спроможність даного виду опромінення уражати тканини, називається еквівалентною.

Еквівалентна доза – це поглинена доза (Н), помножена на коефіцієнт, що показує спроможність даного виду випромінювання ушкоджувати тканини організму.

де Д – поглинена доза даного виду випромінювання (Гр);

– коефіцієнт якості випромінювання.

Еквівалентна доза вимірюється в зівертах (Зв). За основний вид випромінювання (еквівалент), з яким порівнюють усі інші, прийняте або рентгенівське випромінювання.

Коефіцієнт якості випромінювання для -випромінювання дорівнює одиниці (= 1 для -випромінювання).

Отже,

Позасистемна одиниця 1 бер = 0,01 зв = 0,01 Гр = 1 рад. Тобто для -випромінювання поглинена доза дорівнює еквівалентній дозі. Отже, 1 рад» 1 бер» 1 Р.

Варто враховувати, що різні біологічні системи й органи не однаково сприймають одні й ті самі дози опромінення. Чутливість біологічних систем підвищується із збільшенням маси і ступеня організації: найбільш стійкі спори, потім – рослини, найпростіші організми, тварини. Людина належить до одного із найбільш чутливих біологічних об’єктів (у 50 % випадків при дозі опро-мінення 4 Зв (400 бер) спостерігається загибель людини протягом 30 діб). У той же час для рослин ця доза, для рівноцінного ефекту, складає приблизно 1 500 Зв; амеби – 1 000 Зв; равликів – 200 Зв; риби, птиці – 8–20 Зв.

Вплив опромінення залежить від чутливості органів. Тому еквівалентні дози опромінення варто використовувати з різними коефіцієнтами, що враховують чутливість органів до опромінення. Це реалізується в ефективній еквівалентній дозі.

Ефективна еквівалентна доза – це еквівалентна доза (Неф), помножена на коефіцієнт, що враховує різну чутливість органів до- опромінення.

де Н – еквівалентна доза (Зв);

Т – зважений коефіцієнт чутливості органів (коефіцієнт радіаційного ризику).

Коефіцієнт Т для різноманітних органів має різні значення, наприклад: статеві органи – 0,25; молочна залоза – 0,15; червоний відсталий мозок – 0,12; легені – 0,12; щитовидна залоза, кістки – 0,03; інші органи і тканини – 0,3.

Враження живої тканини іонізуючим опроміненням залежить так само від часу опромінення.

Короткочасне опромінення більш небезпечне, ніж опромінення такою ж дозою, але протягом тривалого часу.

Короткочасна сумарна еквівалентна доза опромінення людини, що дорівнює 4 Зв, призводить у 50 % випадків до смерті, загальне опромінення такої ж дози протягом десятиліть не дає ніяких безпосередніх негативних ефектів.

Джерела іонізуючого випромінювання

Джерела випромінювання поділяються на природні і штучні. Природним джерелом іонізуючого опромінення є космічний простір, а також радіоактивні речовини, що знаходяться в земній корі. Опроміненню від природних джерел піддається будь-який житель планети. Дози опромінення залежать від місця проживання (тому що не скрізь рівномірно залягають породи, що містять радіоактивні речовини); від способу життя (у помешканні або зовні людина проводить більшу частину життя); від місця роботи (наприклад, у будівництві часто застосовують будівельні матеріали з підвищеною радіацією, пілоти одержують більшу дозу порівняно з іншими професіями і т. д.).

Космічні промені нерівномірно розподілені на поверхні Землі. Так, Північний і Південний полюси одержують більше радіації, ніж екваторіальна область, через наявність магнітного поля Землі, що відхиляє заряджені частинки.

Рівень опромінення росте з висотою, оскільки розряджається повітря, а воно відіграє роль захисного екрана. Люди, що живуть на рівні моря, одержують від космосу в середньому 300 мікрозівертів (мільйонних долей Зв) на рік. Люди, що живуть у горах вище 200 м, одержують дозу в декілька разів більшу, ніж жителі рівнини. Людина, що летить в аероплані на висоті 12 000 м, одержує дозу опромінення приблизно в 25 разів більшу, ніж на Землі.

Земна радіація нерівномірна, вона залежить від складу земних порід. Так, у США, Франції, Німеччині, Італії, Японії жителі одержують від 0,3 до 0,6 мілізіверта на рік. У Бразилії, неподалік від міста Посус-ді-Калдас (200 км від Сан-Паулу), рівень радіації досягає 200 мілізв/рік (у 800 разів більше середнього). Там же, у курортному місті Гуарапари – 175 мілізв/рік. В Індії, штат Керала – 70 000 осіб живуть на вузькій (55 км) прибережній смузі й одержують від 3,8 до 8,7 мілізв/рік. Ці території Індії і Бразилії розташовані на ґрунтах і пісках, багатих торієм.

За підрахунками НКДАР ООН, середня ефективна доза зовнішнього опромінення від земних джерел дорівнює 350 мікрозівертів на рік. Трохи менше людина одержує з космосу.

Більшу частину, приблизно 2/3 ефективної дози природного опромінення, людина одержує від радіоактивних речовин, що потрапили в організм із їжею, водою, повітрям. Цей природний фон зазнає зміни в результаті діяльності людини. Ядерні іспити, аварії на АЕС, добування корисних копалин, згоряння усіх видів палива і т. д. до природного фона додає 1–3 %.

У даний час природний радіаційний фон (ПРФ) дорівнює приблизно 10 – 20 мікрорентген у час. Вимірюють його на відстані 110 см від поверхні землі, що відповідає центру тіла дорослої людини.

Штучними джерелами іонізуючого випромінювання є ядерні установки, ядерні реактори, рентгенівські апарати, прилади з радіоактивними елементами. Підписаний договір про припинення ядерних випромінювань у 3-х сферах (у 1963 р. США, СРСР, Англія) дав позитивний результат. Знизилася кількість радіоактивних опадів, зменшилося радіоактивне забруднення рослинності. Проте радіоізотопи з тривалим періодом напіврозпаду продовжують накопичуватися в ґрунті і надходити у флору.

Безумовно, аварії на АЕС є дуже великою загрозою для безпечного існування людини. Проте внесок атомної енергетики в сумарну дозу опромінення населення є одним із найскромніших. Статистика говорить про те, що атомна енергетика займає 20-те місце в числі небезпек сучасного середовища існування людини, у той час як рентгенівське опромінення займає 9-те місце, а протизаплідні засоби – 18-те.

У даний час основний внесок у дозу опромінення людини вносить медичне діагностичне устаткування.

Підприємства з видобутку, переробки і виробництва радіоактивних речовин також є штучними джерелами іонізуючого випромінювання. Це, в основному, уранові рудники, заводи для одержання збагаченого урану, очищення уранового концентрату, реактори.

Опромінення населення України за останні 14 років за рахунок штучних джерел радіації в основному пов’язане з наслідками аварії на Чорнобильській АЕС, а також аваріями на інших АЕС.

Дія іонізуючого випромінювання на людину

Внаслідок дії іонізуючого випромінювання на організм людини іонізовані живі тканини, у першу чергу – вода протоплазми клітин, її іони, вступають у взаємодію з киснем тканин, створюючи пероксидні з’єднання, що самі є сильними окислювачами і призводять до змін і загибелі живих клітин, утворення “вільних радикалів” і через них до порушення обмінних процесів, пригноблення ферментних і окремих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності всього організму.

Дію радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному вигляді таким чином. Припустимо, що в організмі людини відбувається нормальний процес травлення. Їжа, що надходить, розкладається на більш прості з’єднання, які потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування енергетичних витрат на транспортування речовин і їхню переробку. Під час попадання на мембрану -випромінювання відразу ж порушуються молекулярні зв’язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину починають надходити сторонні (токсичні) речовини, робота її порушується. Якщо доза випромінювання невелика, відбувається рекомбінація електронів, тобто повернення їх на свої місця. Молекулярні зв’язки відновлюються, і клітина продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока або дуже багато разів повторюється, то електрони не встигають рекомбінуватися; молекулярні зв’язки не відновляються; виходить з ладу велика кількість клітин; виходить з ладу орган; нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами, підвищується й у них втягуються багато сотень і тисяч молекул, не порушених опроміненням. Таким чином, ефект дії іонізуючого випромінювання обумовлений не кількістю поглиненої енергії об’єктом, що опромінюється, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична та ін.), що поглинається біологічним об’єктом у тій самій кількості, не призводить до таких змін, які спричиняє іонізуюче випромінювання.

Також необхідно зазначити деякі особливості дії іонізуючого випромінювання на організм людини:

– органи чуття не реагують на випромінювання;

– малі дози випромінювання можуть підсумовуватися і накопичуватися в організмі (кумулятивний ефект);

– випромінювання діє не тільки на даний живий організм, але й на його спадкоємців (генетичний ефект);

– різні органи організму мають певну чутливість до випромінювання.

Найсильнішому впливу піддаються клітини червоного кісткового мозку, щитовидна залоза, легені, внутрішні органи, тобто органи, клітини яких мають високий рівень розподілу. Природно, що при одній і тій самій дозі випромінювання у дітей вражається більше клітин, ніж у дорослих, тому що у дітей всі клітини знаходяться в стадії розподілу. А клітини дорослої людини перебувають у трьох різних стадіях розподілу.

Небезпека різних радіоактивних елементів для людини визначається спроможністю організму їх поглинати і накопичувати.

Радіоактивні ізотопи надходять всередину організму з пилом, повітрям, їжею або водою і поводять себе по-різному: деякі ізотопи розподіляються рівномірно в організмі людини (тритій, вуглець, залізо, полоній), деякі накопичуються в кістках (радій, фосфор, стронцій), інші залишаються в м’язах (калій, рубідій, цезій), накопичується в щитовидній залозі (йод), у печінці, нирках, селезінці (рутеній, полоній, ніобій) і т. д.

Ефекти, викликані дією іонізуючих випромінювань (радіації), систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву. Ефекти за видами ушкоджень класифікуються на 3 групи: соматичні, соматико-стахотичні (випадкові, ймовірні), генетичні. Час прояву вказує дві групи поразок – ранні (або гострі) і пізні. Ранні поразки бувають тільки соматичні. Це призводить до смерті або променевої хвороби. Постачальником таких часток є в основному ізотопи, що мають коротку тривалість життя, -випромінювання, потік н ейтронів.

Розрізняють дві форми променевої хвороби – гостру і хронічну. Гостра форма виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. При дозах порядку тисяч рад поразка організму може бути миттєвою. Хронічна форма розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що перевищують гранично припустимі (ГПД). Більш віддаленими наслідками променевої поразки можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини та інше.

Нижче наведена шкала небезпек опромінення іо нізуючими випромінюваннями:

З наведеної шкали бачимо, що при дозі від 75 до 100 бер відзначаються реакції у вигляді зсувів у формулі крові, змінюються деякі вегетативні функції організму. При дозах, що перевищують 100 бер, розвивається гостра променева хвороба, важкість якої залежить від дози (див. табл.4)

Таблиця 4

Ступені променевої хвороби

Доза, бер	Ступінь променевої хвороби
100 – 200	Перший ступінь (легка)
200 – 300	Другий ступінь (середньої важкості)
300 – 500	Третя стадія (важка)
Більше 500	Четверта стадія (дуже важка)

Дози 500–600 бер вважаються смертельними. Вкрай уразливим органом є кришталик ока. Діти більш чутливі, ніж дорослі. Відносно невеликі дози опромінення хрящової тканини можуть уповільнити або зовсім припинити ріст кісток. Вкрай чутливий до радіації мозок плоду, особливо якщо мати піддається опроміненню між 8-им і 15-им тижнями вагітності.

За результатами досліджень НКДАР ООН зроблено такий висновок:

– не існує ніякої граничної зони, за якої відсутній ризик захворювання раком. Будь-яка, навіть найменша, доза збільшує вірогідність захворювання раком. Усяка додаткова доза ще більш збільшує цю вірогідність;

– ризик захворювання зростає прямо пропорційно дозі опромінення: при подвоєнні дози опромінення ризик подвоюється, при 3-х кратній дозі – потроюється і т. д.

Питання радіаційної безпеки регламентується Законом “Про радіаційну безпеку населення”, нормами радіаційної безпеки (НРБ-96) та ін.

Ми вже торкалися питання про те, що у різних органів організму чутливість до іонізуючого опромінення не однакова. Тому введемо поняття “критичний орган”.

Критичний орган – це орган, тканина, частина тіла, опромінення якого в даних умовах завдає найбільшого збитку здоров’ю.

Залежно від цього всі органи поділені на три групи:

I група – усе тіло; червоний кістковий мозок;

II група – м’язи, щитовидна залоза, жирова тканина, печінка, нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені, кришталик ока й інші (за винятком, що належать до I і III груп);

III група – шкіряний покрив, кісткова тканина, кістки, передпліччя, щиколотки і стопи.

З іншого боку, серед усього населення є група людей, що вибрала для себе професію, пов’язану з дослідженнями, експлуатацією устаткування, яке має у своєму складі радіоактивні речовини. Є люди, які в силу незалежних від них обставин, опинилися на території, де побудовані, базуються атомні об’єкти. Виходячи з цього, усе населення (усі люди) поділене також на 3 групи:

Група “А” – постійно безпосередньо працюючі з джерелами іонізуючих випромінювань (оператори АЕС, фізики-атомщики, плавсклад атомних судів і т. д.).

Група “Б” – особи, що за умовами проживання або розміщення робочих місць можуть потрапляти під вплив іонізуючих випромінювань (мешкають у зоні АЕС, працюють у районі атомних лабораторій, заводів і т. д.).

Група “В” – усе населення.

У якості основних дозових меж для категорії “А” встановлюється гранично припустима доза (для різних критичних органів) за рік, а для категорії “Б” – межа дози за рік. Отже, ГДД і МД (див. табл. 5).

Таблиця 5

Гранично припустима межа дози

Група	Гранично допустима доза ГДД для осіб категорії “А” за рік	Межа дози для осіб категорії “Б” за рік
I	0,05 (5 бер)	0,005 (0,5 бер)
II	0,15 (15 бер)	0,015 (1,5 бер)
III	0,30 (30 бер)	0,03 (3 бер)

Гранично припустимою дозою (ГДД) вважають дозову межу для осіб групи “А”, одержану індивідуально за календарний рік, при якій рівномірне опромінення за 50 років наступного життя не може викликати несприятливих змін у стані здоров’я людини і його нащадків.

Ще існує норма Мінздраву: 35 бер за 70 років (якщо 0,5 бер (див. таблицю) ґ 70 років = 35 бер, тобто вона дорівнює межі дози за рік для осіб групи “Б”).

Для всього населення (група “В” спеціальних норм не має, тому що вона схильна до опромінення тільки від природного фону. У випадку ж необхідності, зміни умов роботи, життя набирають сили зазначені раніше норми).

Радіаційна безпека

Питання захисту людини від негативного впливу іонізуючого випромінювання виникли майже одночасно з відкриттям рентгенівського випромінювання і радіоактивного розпаду. Це обумовлено наступними факторами: по-перше, надзвичайно швидкий розвиток застосування знову відкритих випромінювань у науці та на практиці, і, по-друге, виявлення негативного впливу випромінювання на організм.

Заходи радіаційної безпеки використовуються на підприємствах і, як правило, потребують проведення цілого комплексу різноманітних захисних способів, що залежать від конкретних умов роботи з джерелами іонізуючих випромінювань і, в першу чергу, від типу джерела випромінювання.

Закритими називаються будь-які джерела іонізуючого випромінювання, обладнання яких виключає проникнення радіоактивних речовин у навколишнє середовище при передбачених умовах їхньої експлуатації та зносу. Це – гамма-установки різноманітного призначення; нейтронні, бета- і гамма-випромінювачі; рентгенівські апарати і прискорювачі заряджених часток. При роботі з закритими джерелами іонізуючого випромінювання персонал може піддаватися тільки зовнішньому опроміненню.

Захисні заходи, що дозволяють забезпечити умови радіаційної безпеки при застосув анні закритих джерел, засновані на знаннях законів поширення іонізуючих випромінювань і характеру їхньої взаємодії з речовиною.

Головні з них такі:

а) доза зовнішнього опромінення пропорційна інтенсивності випромінювання і часу впливу;

б) інтенсивність випромінювання від крапкового джерела пропорційна кількості квантів або часток, що виникають у ньому за одиницю часу, і обернено пропорційна квадрату відстані;

в) інтенсивність випромінювання може бути зменшена за допомогою екранів.

З цих закономірностей випливають основні принципи забезпечення радіаційної безпеки:

1) зменшення потужності джерел до мінімальних розмірів (“захист кількістю”);

2) скорочення часу роботи з джерелом (“захист часом”);

3) збільшення відстані від джерел до працюючих (“захист відстанню”);

4) екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуюче випромінювання (“захист екраном”).

Кращими для захисту від рентгенівського і гамма-випромінювання є матеріали з великим Z (порядковим номером), наприклад свинець і уран. Проте, з огляду на високу вартість свинцю й урану, можуть застосовуватися екрани з більш легких матеріалів – просвинцьованого скла, заліза, бетону, залізобетону і навіть води. У цьому випадку, природно, еквівалентна товща екрана значно збільшується.

Для захисту від бета-потоків доцільно застосовувати екрани, які виготовлені із матеріалів з малим атомним номером. У цьому випадку вихід гальмівного випромінювання невеликий. Звичайно, в якості екранів для захисту від бета-випромінювань використовують органічне скло, пластмасу, алюміній.

Відкритими називаються такі джерела іонізуючого випромінювання, при використанні яких можливе попадання радіоактивних речовин у навколишнє середовище. При цьому може відбуватися не тільки зовнішнє, але й додаткове внутрішнє опромінення персоналу. Це може відбутися при надходженні радіоактивних ізотопів у навколишнє робоче середовище у вигляді газів, аерозолів, а також твердих і рідких радіоактивних відходів. Джерелами аерозолів можуть бути не тільки виконувані виробничі операції, але й забруднені радіоактивними речовинами робочі поверхні, спецодяг і взуття.

Основні принципи захисту:

1) використання принципів захисту, що застосовуються при роботі з джерелами випромінювання у закритому вигляді;

2) герметизація виробничого устаткування з метою ізоляції процесів, що можуть стати джерелами надходження радіоактивних речовин у зовнішнє середовище;

3) заходи планувального характеру;

4) застосування санітарно-технічних засобів і устаткування, використання спеціальних захисних матеріалів;

5) використання засобів індивідуального захисту і санітарного опрацювання персоналу;

6) виконання правил особистої гігієни;

7) очищення від радіоактивних забруднень поверхонь будівельних конструкцій, апаратури і засобів індивідуального захисту.

Міри індивідуального захисту й особистої гігієни

Радіоактивне забруднення спецодягу, засобів індивідуального захисту та шкіри персоналу не повинно перевищувати припустимих рівнів, зазначених у Нормах радіаційної безпеки НРБ-76/87.

У випадку забруднення радіоактивними речовинами особистий одяг і взуття підлягають дезактивації під контролем служби радіаційної безпеки, а у випадку неможливості дезактивації – захороненню як радіоактивних відходів.

Захист від медичних діагностичних джерел опромінення

Рентгенорадіологічні процедури належать до найбільш ефективних методів діагностики захворювань людини. Це визначає подальше зростання застосування рентгено- і радіологічних процедур або використання їх у більш широких масштабах. Проте інтереси безпеки пацієнтів зобов’язують прагнути до максимально можливого зниження рівнів опромінення, оскільки вплив іонізуючого випромінювання в будь-якій дозі поєднаний з додатковим, відмінним від нуля ризиком виникнення віддалених стохастичних ефектів. У даний час з метою зниження індивідуальних і колективних доз опромінення населення за рахунок діагностики широко застосовуються організаційні і технічні заходи:

1) як виняток, необґрунтовані (тобто без доведень) дослідження;

2) зміна структури досліджень на користь тих, що дають менше дозове навантаження;

3) впровадження нової апаратури, оснащеної сучасною електронною технікою посиленого візуального зображення;

4) застосування екранів для захисту ділянок тіла, що підлягають дослідженню, і т. д.

Ці міри, проте, не вичерпують проблеми забезпечення максимальної безпеки пацієнтів і оптимального використання діагностичних методів. Система забезпечення радіаційної безпеки пацієнтів може бути повною й ефективною, якщо вона буде доповнена гігієнічними регламентами припустимих доз опромінення.

ЛЕКЦІЯ 9. Тема 3.1. Небезпеки виробничої сфери та побуту (електричний струм, електромагнітні випромінювання)

У результаті вивчення теми студент повинен уміти:

– давати поняття “електромагнітне поле”, “електромагнітне випромінювання”, “електричний струм”;

– класифікувати електромагнітні випромінювання;

– проаналізувати ступінь впливу електромагнітних випромінювань на організм людини;

– визначати методи захисту;

– охарактеризувати вплив електричного струму на організм людини;

– з’ясувати фактори, від яких залежить дія електричного струму на організм людини.

Після вивчення теми студент повинен зрозуміти, що людина живе в умовах підвищеної електромагнітної активності і постійно піддається негативному впливу електромагнітних полів. Знання фізичної сутності і природи дії електромагнітних випромінювань, електричного струму на людину дає можливість майбутнім фахівцям здійснити надійний захист людини від цих небезпечних факторів.