Ионизирующее излучение

• Понятия... Показатели... Действие... Радиоактивность – самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц, вследствие чего возникают ионизирующие излучения. Они являются необычными вредными и опасными производственными факторами (ОВПФ) вследствие ряда причин, основными из которых являются их невидимость и скрытый (латентный) период развития их воздействия. В настоящее время научное и техническое применение радиоактивности чрезвычайно важно и многообразно, например, использование метода меченых атомов, радиографии, дефектоскопии, медицина, ядерная энергетика и др.). Среди большого разнообразия ионизирующих излучений (ИИ) в промышленности находят широкое применение пять его видов: α -, β- и нейтронное излучения, которые являются потоками частиц, а также ¡ - и рентгеновское излучения, представляющие собой электромагнитные волны высокой частоты. Частицы α- излучения обладают сравнительно большой массой и зарядом, поэтому они интенсивно взаимодействуют со встречными атомами вещества, ионизируют их и быстро теряют энергию. Длина пробега α- частиц в воздухе составляет от 2 до 12 см, т.е. невелика. С повышением плотности вещества их проникающая способность резко снижается, а в твердых веществах длина пробега не превышает нескольких микрон. Установлено, что эти частицы может задерживать лист обычной бумаги. Частицы β- излучения по сравнению с α - частицами имеют меньшую массу и большую скорость распространения, поэтому они обладают меньшей ионизирующей и большей проникающей способностью. Длина пробега частицы в воздухе составляет 160см, в биологических тканях – 2,5 см, в свинце всего 4 мм. Поток частиц хорошо задерживается металлической фольгой. Нейтронное излучение представляет собой поток электронейтральных частиц (без заряда) ядра, поэтому они не ионизируют атомы и летят прямолинейно до столкновения с атомами вещества. Однако они обладает большой вторичной ионизирующей способностью, вследствие возбуждения электронов атомов вещества. Вследствие этого явления возникают различные виды ионизирующих излучений (α, β, γ).Ослабление нейтронного излучения осуществляется на ядрах лёгких элементов, особенно водорода, а также материалах, содержащих эти ядра – вода, парафин, полиэтилен и др. Рентгеновское и ¡ - излучения не обладают большой ионизирующей способностью, но они способны глубоко проникать в вещество и в этом заключается сложность защиты от их воздействия. Их замедление происходит на атомах тяжелых металлов, таких как свинец (пробег 20-25 см), вольфрам, тяжёлый бетон и другие материалы, поэтому они используются для строительства защитных экранов. Особое значение для безопасности жизнедеятельности имеет величина периода полураспада радионуклидов. По периоду полураспада радионуклиды подразделяются на три группы: короткоживущие – время периода Т составляет менее одного года; среднеживущие – 1<Т<100 лет; долгоживущие – Т>100 лет. Мерой излучения РА является доза, которая зависит от вида облучения: внешнего или внутреннего. Нормирование и обращение с РА на производстве обеспечивается нормативными документами, например, "Нормы радиационной безопасности" НРБ-76/87 и "Основные санитарные правила работы с РА веществами и другими источниками ионизирующего излучения" ОСП-72/87. Для контроля воздействия РА на персонал устанавливаются следующие измеряемые параметры: а) эквивалентная доза ионизирующих излучений; б) объемная активность (концентрация) РА аэрозолей и газов в рабочих помещениях; в) уровни загрязненности радионуклидами поверхностей помещений, оборудования, средств индивидуальной защиты и кожных покровов работающих. Существуют два вида (основных) контроля облучения людей (персонала): оперативный и индивидуальный. Оперативный контроль осуществляется как стационарными, так и переносимыми приборами. Индивидуальный контроль осуществляется с помощью дозиметров-накопителей, регистрирующих дозу, полученную работником за определенный промежуток времени, а также контроль над содержанием радионуклидов в организме работающих с использованием спектрометров излучения человека (СИЗ). Единицей экспозиционной дозы в СИ является кулон на килограмм (Кл/кг), который связан с внесистемной единицей рентгеном (Р) соотношением: 1Р=2,58Чl0^-4 Кл/кг. Однако для практических целей, согласно "Методическим указаниям 50-454-84", рекомендуется пользоваться десятичными кратными и дольными единицами рентгена. Экспозиционная доза и ее мощность плохо отражают степень воздействия излучений на организм, а для непосредственно ионизирующих излучений и нейтронов эти величины непригодны. Поэтому современные средства измерений определяют поглощенную дозу и ее мощность для аварийных уровней облучения и эквивалентную дозу и ее мощность для хронического воздействия малых доз излучений, т.е. ниже 0,25-0,5 Зв (Зиверт). Кроме приведенных указаний в Российской Федерации действует более сотни правил и норм (серия "Правила и нормы в атомной энергетике" ПНAЭ), которыми регулируются все процессы жизнедеятельности в атомной энергетике. Единицей объёмной активности газов и аэрозолей ИИ является Беккерель на метр кубический (Бк/м³) – (3,7Ч10¹⁴Бк/м³=1Кл/л).

Для измерения излучений и дозиметрического контроля разработаны многочисленные приборы на основе известных физических явлений: ионизации воздуха от излучения; стинцеляции газов или растворов, т.е. испускании ими видимых вспышек света при облучении; фотографии, когда изменяется цвет фотоэмульсии при облучении. Воздействие излучений РА на живую ткань связано, прежде всего, со сложным строением самой биологической ткани. Простые одно – двухатомные вещества при ионизационном облучении не меняют химической структуры, поскольку наблюдается только изменение комбинации электронов в молекулярной структуре. В биологических тканях действие ионизирующих излучений может быть условно разделено на два основных этапа: физико-химический и биологический. Физико­-химический этап начинается с ионизации и возбуждения атомов биологической ткани. Результатом указанного процесса является не рекомбинация электронов, а необратимое нарушение структуры ткани, поскольку происходит разрыв химических связей на молекулярном уровне в весьма короткий промежуток времени, в течение 10^-10 -10^-6 секунды. За этим следуют биологические последствия, связанные с генетическими повреждениями, поскольку происходит разрушение ДНК в ядрах клеток вследствие развития процесса ионизации в жидкой среде клеток, приводящего к их массовой гибели. Этап биологического действия не ограничен во времени и может продолжаться как в течение всего времени жизни человека, так и жизни его потомства. Поскольку действие ионизации столь продолжительно, то принятие мер защиты от её действия весьма затруднительно. Ионизирующее излучение обладает весьма высокой разрушительной энергией по сравнению с сопоставимым количеством других видов энергии, что проявляется в глубоком поражении биологических тканей.

• Нормирование... Безопасность... Как отмечалось выше, основным принципом защиты населения от воздействия вредных факторов, возникающих в ходе промышленного производства, является санитарно-гигиенический принцип, требующий достижения безопасных уровней такого воздействия. В связи с этим нормирование действия вредных факторов осуществляется на базе концепции доза-эффект, характеризующей зависимость выхода негативных соматических последствий от уровня вредного воздействия на организм. Аналогичный подход используется и при нормировании действия ионизирующих излучений. При практическом использовании атомной энергии в мирных целях человек, как правило, подвергается воздействию малых доз излучения (за исключением случаев радиационных аварий). Установлено, что вероятность выхода соматических последствий облучения резко растет при превышении некоторой пороговой дозы и очень мала при меньших дозах, т.е. эти эффекты имеют выраженный пороговый характер. В этом проявляется, например, лучевая катаракта, которая возникает только в случае, когда эквивалентная доза излучения, накопленная в хрусталике глазе, превысит 15 Зв при облучении нейтронами. Пороговая доза, обусловливающая косметические дефекты кожи, равна 20 Зв. Минимальные пороговые эквивалентные дозы, для которых в настоящее время удалось зарегистрировать зависимости доза - эффект, составляют 0,7-1,0 Зв (70-100 Бэр). При меньших дозах вероятность негативных соматических последствий (злокачественных новообразований) не отличается от фоновой, т.е. обусловленной суммой причин естественного характера. Учитывая это обстоятельство, по рекомендации Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ), принята гипотеза отсутствия порога для проявлений биологического действия излучения (так называемая концепция беспорогового действия). В рамках данной концепции вероятность радиационных последствий действия излучения на организм, отличная от нуля, существует при сколь угодно малых эквивалентных дозах. Таким образом, нормирование радиационного фактора в настоящее время базируется на беспороговой линейной зависимости между дозой и вероятностью биологических повреждений, возникающих в организме. Исходя из концепции действия радиации, любая доза излучения не безразлична для организма. МКРЗ считает, что основным принципом обеспечения радиационной безопасности является концепция приемлемого риска с учётом всех экономических и социальных факторов.

Основным документом, регламентирующим безопасные условия жизнедеятельности при использовании ядерной энергии, в РФявляются "Нормы радиационной безопасности" (НРБ-76/87 и др.), которые предусматривают следующие принципы радиационной безопасности: 1) не превышение установленного основного дозового предела; 2) исключение всякого необоснованного облучения; 3) снижение дозы облучения до обоснованного низкого уровня. По допустимым категориям облучения всё население распределено на три категории: А - персонал, т.е. население, занятое на работах с источниками ионизирующего излучения; Б - ограниченная часть населения, т.е. население, непосредственно не занятое на работах с источниками ИИ, но по условиям размещения рабочих мест или проживания могут подвергаться воздействию источников ИИ, применяемых на предприятии и (или) удаляемых во внешнюю среду с отходами; В - всё остальное население. Установлены три класса нормативов: основные дозовые пределы; допустимые уровни; рабочие контрольные уровни. В качестве основных дозовых пределов, в зависимости от группы критических органов для категории А устанавливается предельно допустимая доза ( ПДД) за год, а для категории Б – предел дозы за год (ПД).

Предельно допустимой дозой (ПДД) считается такой годовой уровень облучения персонала, который не вызывает, при равномерном накоплении дозы в течение 50 лет, неблагоприятных изменений в состоянии здоровья самого облучённого и его потомства, обнаруживаемых современными медицинскими методами. Основной целью защиты от действия ИИ является снижение дозы облучения до величин ПДД и ПД. При этом следует разделять виды защиты от внутреннего и внешнего облучения вследствие различий в положении источника ИИ по отношению к облучаемым поверхностям. Наиболее опасным для внутреннего облучения являются частицы α- и β- излучений. Частица α- излучения ионизирует 5000 пар ионов на 1мм пути, частица β- излучения – 5-10 пар. Длительность процесса частичного выведения радиоактивных изотопов из организма и повышенная восприимчивость внутренних органов к радиации вызывает достаточно быстрое поражение организма, поэтому внутреннее облучение считается более опасным. Внутреннему облучению подвергаются люди при работе с открытыми источниками. Эти работы подразделяются на три класса.

Класс работ определяет требования к устройству и размещению помещений, в которых проводятся работы с открытыми источниками ИИ. На дверях таких помещений должен быть знак по ГОСТ 17925-72 "Радиационная опасность". Работы третьего класса могут проводиться в обычных помещениях, оборудованных вытяжными шкафами. Особые требования предъявляются к помещениям, где проводятся работы первого класса. Эти помещения должны размещаться в отдельном здании или размещаться в его изолированной части и иметь отдельный вход с санпропускником. Само помещение должно быть разделено на три зоны для размещения специального оборудования. В первой зоне размещают камеры, боксы, коммуникации и другое оборудование, являющееся основным источником загрязнения. Во второй зоне размещают объекты, требующие периодического обслуживания, например помещения для хранения отходов. В третьей зоне размещаются помещения для постоянного пребывания людей, например, пульты управления, операторные. Для предотвращения переноса радиоактивных загрязнений между зонами устраиваются санитарные шлюзы. Защита от внутреннего облучения направлена на исключение попадания радиоактивных пыли, аэрозолей и других источников ИИ внутрь организма. Важное значение при работе имеет наличие индивидуальных средств защиты – респиратора, противогаза, резиновых перчаток и т.п., а также проведение дозиметрического контроля на всех этапах производственных процессов. Наряду с этим важно соблюдать санитарно-гигиенические условия на производстве, такие как своевременная дезактивация спецодежды, принятие душа с последующим дозиметрическим контролем поверхности тела. Применяемые средства индивидуальной защиты (СИЗ) зависят от вида и класса работ. При работах первого класса и отдельных работах второго класса комплект СИЗ должен состоять из специального комбинезона или костюма, специального белья, носков, перчаток, обуви, полотенец и носовых платков разового пользования, а также средств защиты органов дыхания. При работах второго и отдельных видах работ третьего класса работающие обеспечиваются халатами, шапочками, перчатками, лёгкой обувью и при необходимости средствами защиты органов дыхания. Общие технические требования к средствам коллективной защиты от ИИ определены, например, также ГОСТ 12.4.120-83. Защита от внешнего облучения при работе с закрытыми источниками ИИ основана на использовании трёх основных принципов БЖД – зашита расстоянием, защита временем и защита экранированием. Правилами ОСП-72/87 установлен строгий порядок радиационного контроля персонала. Результаты всех видов радиационного контроля должны храниться в течение 30 лет. Особое внимание для обеспечения безопасности населения (группа Б) имеет хранение радиоактивных отходов (РАО). Организация хранения РАО, в первую очередь, исходит из времени опасности, которое определяется периодом полураспада РАО.

Тяжелые металлы

• Опасность... Источники... Среди природных веществ, засоряющих среду обитания человека, особую группу вредных веществ (токсикантов) составляют металлы. Металлы, как составная часть неживой природы, распространены повсеместно, но крайне неравномерно. Как правило, металлы являются составной частью глубинных недр земли, и в чистом виде появляются только после определённых металлургических процессов (за исключением определённой группы самородных металлов). В чистом виде свободные металлы при попадании в организм человека действуют как своеобразные отравляющие вещества. С увеличением плотности металла увеличивается тяжесть последствий при его попадании в организм. Следует отметить, что в плодородных почвах в естественном состоянии металлы содержатся в элементарной форме, в пропорциях необходимых организму и ассимилируемых им, а затем, свободно распадающихся, образуя своеобразный кругооборот. Таким образом поддерживается необходимое естественное содержание элементарных форм металла в почве и организме человека. По мере вовлечения большого и увеличивающегося круга металлов в промышленное употребление и бесконтрольного его перемещения в среду обитания человека, на земле не осталось места, лишённого неэлементарного металла. Можно говорить о повсеместной угрозе металла жизни человека. Особую опасность представляют для человека так называемые тяжёлые металлы. Основной характеристикой "тяжёлых металлов", как токсикантов, является их плотность. К таким металлам относят химические элементы с плотностью большей 6 г/см³. Таких элементов более 40. Число наиболее опасных тяжёлых металлов с учётом их токсичности, стойкости, способности накапливаться в среде обитания, значительно меньше. К этой группе относятся, такие как: ртуть, свинец, кадмий, никель, цинк, олово, сурьма, медь, молибден, ванадий, мышьяк. Действие этой группы металлов на организм более исследовано, чем остальные, поэтому они выделены. Иногда к тяжелым металлам относят те, плотность которых составляет 5 г/см³.

• Действие... Защита... Тяжелые металлы являются причиной заболевания основных систем организма ­сердечно-сосудистой, центральной нервной системы. Некоторые из металлов при длительном контакте могут вызывать хронические, острые отравления и генетические изменения. Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через органы дыхания, слизистые оболочки, кожу, желудочно-кишечный тракт. Некоторые органы кумулируют элементы избирательно. Например, Cd, Hg, Мn накапливаются в почках, Sn – в тканях кишечника, V – в волосах и ногтях, Zn, Sr – в предстательной железе, Си – в тканях мозга. Пути проникновения металлов в среду обитания человека многообразны. К ним относят несовершенство технологий переработки руд и металлургических процессов, когда большoe их количество поступает в среду обитания в виде пыли, газов, аэрозолей, растворов. Под действием глобальных метеорологических процессов указанные выбросы разносятся на значительные расстояния, засоряя воздух, воду, почву. Значительные поступления тяжёлых металлов в среду обитания, особенно городскую, обеспечиваются сжиганием газообразного, жидкого и твёрдого топлива на транспорте, ТЭЦ, в котельных. Объектами концентрирования и поставки ионов тяжелых металлов, полициклических ароматических углеводородов в среду обитания города являются: 1) твёрдофазные, жидкофазные и газофазные производственные, транспортные и коммунальные, в том числе бытовые выбросы и сбросы; 2) функционирующие объекты, свалки и склады, с осуществляющимися процессами химической коррозии; 3) смывы со стен зданий, сооружений и инженерных сетей, деревьев и кустарников; 4) атмосферные выпадения; 5) листовой, травяной и веточный опады; 6) пожары, взрывы, аварийные выбросы на промышленных объектах; 7) отходы от истирания шин и покрытий дорог; 8) строительные и отделочные материалы, не удовлетворяющие санитарным нормам; 9) станции ремонта, технического обслуживания и мойки транспортных средств. Исследования показывают, что химические элементы по территории города имеют неравномерное случайное распределение, которое определяется многими факторами. Так, например, концентрация ионов хрома, марганца, кобальта, никеля в урбаноземе (почве города) в некоторых точках Санкт-Петербурга незначительна, в то время как меди, цинка, свинца, мышьяка превышает ПДК.

Причём это превышение над ПДК, например, меди и цинка, составляет в 100 раз, а мышьяка в 10-50 раз. Ионное железо в урбаноземе присутствует от 0,6 % до более 1,0 %, что соответствует весьма большому значению. Концентрация ионов свинца в урбаноземе в его поверхностном слое превышает ПДК на отдельных участках в 3-1О раз. Миграция элементов в почве зависит от растворимости соединений, температуры, кислотно-щелочного равновесия и других факторов. Поскольку тяжелые металлы можно отнести к долгоживущим в почве элементам, например, период полуудаления из почвы цинка составляет 500 лет, кадмия 1100 лет, меди – 1500 лет, свинца – несколько тысяч лет, они имеют тенденцию к накоплению. Это и подтверждают вышеприведенные примеры. Тяжёлые металлы и другие вредные химические элементы в той или иной степени мигрируют из техносферы в атмосферу и гидросферу и далее в литосферу (земные недра) создавая различного рода кругообороты этих элементов местного, регионального и глобального характера. Таким образом, достичь успехов в исключении попадания этих элементов в среду обитания можно только объединёнными усилиями, начав хотя бы на региональном уровне. Методы и средства снижения или исключения попадания тяжелых металлов в среду обитания и, таким образом, снижения или исключения неблагоприятного воздействия их на организм человека могут быть продиктованы их источниками. Необходимо поставить под особый контроль все источники поступления тяжёлых металлов и других вредных для человека элементов. Наиболее эффективными методами в условиях распространённого использования металлов в промышленности могут быть инженерные методы: разработка более совершенных технологий и техники, исключающих или снижающих до безопасного уровня выбросы этих элементов в окружающую среду, создание многоуровневой системы автоматического контроля; организационные методы - качественная профессиональная подготовка кадров с ориентированием на принципы осознанного отношения к опасности; усиление юридических и правовых требований к персоналу и предприятиям; совершенствование внешнего приборного и общественного контроля. Особое внимание необходимо уделить также новой организации учёта за движением массы металлов и создаваемых технических средств, с целью создания безотходного машинного производства. Эту задачу необходимо решать на всех этапах жизненного цикла техники и технологии. Пора приступить к созданию техники, работающей не как можно дольше, а работающей функционально эффективно и, главное, функционально безопасно для окружающей среды и человека. Очевидно, что эту задачу можно решить с использованием принципа сквозного проектирования, т.е. проектирования каждого этапа жизненного цикла изделия. При этом необходимо разработать соответствующие нормативные документы по организации проектирования жизненного цикла, учёта пути прохождения техники и организации её утилизации. В общих чертах утилизацию можно разделить на три вида: массовую, поэлементную и массово-поэлементную. Массовая – это утилизация изделий, состоящих из неразборных или малоразборных элементов, и изготовленных со значительным преобладанием одного (≈70 %) материала. Массовую утилизацию необходимо проводить на специализированных предприятиях вблизи металлургических заводов (для транспортабельных изделий) или организовывать её на месте с использованием специализированного брикетирующего оборудования. Поэлементная – утилизация изделий путем их полной разборки до деталей и последующей дефектовки и переработки. Поэлементная утилизация является наиболее перспективной, особенно в условиях дефицита сырья и материалов. Поэлементную утилизацию желательно проводить на заводах, которые изготавливают такие или аналогичные изделия. В этом случае имеются соответствующие подготовленные кадры, оборудование и, главное, это позволит специалистам анализировать изделие для последующего улучшения конструкции. Массово-поэлементная – это утилизация изделий, которые сначала разбираются на отдельные элементы (крупные транспортабельные узлы), а затем элементы подвергаются массовой или поэлементной утилизации. Данному виду утилизации могут подвергаться крупные комплексы, изготовленные по принципу монтажа на месте. В заключение необходимо отметить, что всякое машинное изделие должно в обязательном порядке иметь в паспорте графу "утилизация", в которой необходимо указывать место и вид утилизации, порядок снятия его с эксплуатации. Также необходимо разработать законы, поощряющие повторное использование многих узлов и деталей, вторичного сырья и тому подобное.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какую структуру имеет естественная система защиты человека от опасных и вредных факторов?

2. Какими характеристиками описывается шум и вибрация?

3. Какими свойствами характеризуются электромагнитные поля?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: