Пределы годового поступления радионуклидов в организм человека для некоторых веществ

Воздействие акустических колебаний на человека

Акустическими колебаниями называют колебания упругой среды. Понятие акустических колебаний охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания воздушной среды.

Акустические колебания в диапазоне частот 16...20 кГц, воспринимаемые ухом человека с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми. Область распространения акустических колебаний называют акустическим полем. Часто акустические колебания называют звуком, а область их распространения – звуковым полем.

Шумом принято называть апериодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук.

Повышенный шум влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает раздражение, утомление, агрессивность. Профессиональные заболевания, связанные с воздействием шума и вибрации (например, неврит слухового нерва, вибрационная болезнь), находятся на 1-3 местах среди всех профессиональных заболеваний. По данным российских ученых, эти заболевания в России достигают более 35 % от общего числа профессиональных заболеваний. Под воздействием повышенного шума во всем мире находятся десятки миллионов работающих и сотни миллионов жителей городов.

Шум влияет и на производительность труда. При уровнях шума свыше 80 дБА увеличение его на каждые 1-2 дБА вызывает снижение производительности труда не менее чем на 1 %. Экономические потери от повышенного шума в развитых странах достигают десятки миллиардов долларов в год. Сегодня конкурентоспособность машин в немалой степени определяется их уровнем шума. Чем меньше шум машины, агрегата, установки, тем, как правило, она дороже. Каждый децибел снижения шума обеспечивает около 1 % повышения стоимости продаваемого изделия. Например, стоимость супершумозаглушенных компрессорных станций на 40 % выше стоимости таких же шумных. В современных самолетах стоимость шумозащиты достигает 25 % стоимости изделия, а в автомобилях 10 %.

Звуковые волны переносят энергию со скоростью звука в воздухе при нормальных условиях равной 331 м/с.

Для характеристики среднего потока энергии в какой-либо точке среды вводят понятие интенсивности звука – это количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной (расположенной под углом 90°) к направлению распространения волны. Интенсивность звука выражается следующим образом:

 

                                           (3.8)

 

где I – интенсивность звука, Вт/м²; Р – звуковое давление (разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля). Па; ρ – плотность среды, кг/м³; С – скорость звука в среде, м/с.

Сила воздействия звуковой волны на барабанную перепонку человеческого уха и вызываемое ею ощущение громкости зависят от звукового давления. Звуковое давление – это дополнительное давление, возникающее в газе или жидкости от прохождения звуковой волны.

В природе величины звукового давления и интенсивности звука, генерируемые различными источниками шума, меняются в широких пределах: по давлению – до 10⁸ раз, а по интенсивности – до 10¹⁶ раз. В соответствии с законом Вебера-Фехнера прирост силы ощущения анализатора человека, в том числе и слухового, пропорционален логарифму отношения энергий двух сравниваемых раздражений. Поэтому для характеристики уровня шума используют не непосредственно значения интенсивности звука и звукового давления, которыми неудобно оперировать, а их логарифмические значения, называемые уровнем интенсивности звука или уровнем звукового давления.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле:

 

                                 (3.9)

 

где L₁ – уровень интенсивности в децибелах (дБ); I – интенсивность звука, Вт/м²; I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости человеческого уха (I₀ – постоянная величина; I₀ = 10^-12 Вт/м² на частоте 1000 Гц).

Человеческое ухо, а также многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление, уровень которого определяется по формуле:

 

                       (3.10)

 

где Р – звуковое давление. Па; P ₀ – пороговое звуковое давление ( P₀ – постоянная величина, P ₀ = 2·10^-5 Па на частоте 1000 Гц).

Связь между уровнем интенсивности и уровнем звукового давления определяется следующим выражением:

 

 (3.11)

 

где ρ₀ и С₀ – соответственно плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях, т. е. при t = 20 ºС и P ₀ = 10⁵ Па; ρ и С – плотность среды и скорость звука в условиях измерения.

При распространении звука в нормальных атмосферных условиях L_I = L_p . При расчетах уровня шума используют величину интенсивности звука, а для оценки воздействия шума на человека – уровень звукового давления.

К звукоизолирующим ограждениям относятся стены, перекрытия, перегородки, остекленные проемы, окна, двери. Основная количественная характеристика эффективности звукоизолирующих свойств ограждений – коэффициент звукопроницаемости τ (безразмерная величина), который может быть рассчитан по следующей формуле:

 

                            (3.12)

 

где и  – интенсивности прошедшего через ограждение и падающего звука, Вт/м²);  и  – звуковое давление прошедшего через ограждение и падающего звука, Па.

Используется и другая величина, называемая звукоизолирующей способностью ограждения ( R , дБ). Она находится из следующего выражения:

 

                                    (3.13)

 

Для практических расчетов звукоизолирующей способности однослойных ограждений применяется формула:

 

R = 20 lg (m _0· f) – 47,5,                      (3.14)

 

где m ₀ – масса 1 м² ограждения, кг; f – частота звука, Гц.

Звукоизолирующая способность конструкции тем выше, чем больше ее поверхностная плотность (чем тяжелее материал, из которого изготовлена конструкция). Звукоизолирующие свойства ограждения возрастают с повышением частоты звука. Пользоваться формулой для расчета R следует со значительной долей осторожности, так как в ней не учтено влияние жесткости и размеров ограждения.

Звукоизолирующими кожухами обычно полностью закрывают издающее шум устройство (машину, агрегат, установку и т.д.). Кожухи изготавливают из листового металла (сталь, дюралюминий и т.д.) или пластмассы. Как и в случае звукоизолирующих ограждений, кожухи более эффективно снижают уровень шума на высоких частотах, чем на низких. Так, например, стальной кожух с размером стенки 4х4 м и толщиной стенки 1,5–2 мм обеспечивает снижение шума на частоте f = 63 Гц на 21 дБ, а на частоте f = 4000 Гц – на 50 дБ.

Звукоизолирующие кабины применяют для размещения пультов управления и рабочих мест в шумных цехах. Их изготавливают из кирпича, бетона и подобных материалов или из металлических панелей. Акустические экраны представляют собой конструкцию, изготовленную из сплошных твердых листов (металлических и т.п.) толщиной 1,5–2 мм, с покрытой звукопоглощающим материалом поверхностью. Эти экраны устанавливаются на пути распространения звука. За ними возникает зона звуковой тени. Основной акустический эффект (снижение уровня шума) достигается в результате отражения звука от этих конструкций.

Количественной характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения а, который определяется выражением:

 

                         (3.15)

 

где Е_пад – падающая звуковая энергия; Е_погл – поглощенная звуковая энергия; Е_отр – отраженная звуковая энергия.

К средствам индивидуальной защиты от шума относятся противошумные вкладыши, наушники и шлемы. Противошумные вкладыши вставляют в слуховой канал и перекрывают его. В зависимости от частоты они обеспечивают снижение уровня шума на 5–20 дБ. Их изготавливают из специального ультратонкого волокна, а также из резины или эбонита. Это наиболее дешевые и компактные индивидуальные средства защиты слуха человека, однако они могут вызвать раздражение слухового прохода. При очень высоких уровнях шума (более 120 дБ) применяют шлемы.

Инфразвук представляет собой механические колебания упругой среды с частотами менее 20 Гц. Такие колебания человек не слышит, однако чувствует.

Инфразвуковые волны генерируют многие явления природы: землетрясения, извержения вулканов, морские бури и др. Они образуются при взрывных работах. В производственных условиях инфразвук образуется, главным образом, при работе тихоходных крупногабаритных машин и механизмов (компрессоров, дизельных двигателей, электровозов, вентиляторов, турбин, реактивных двигателей, речных и морских судов и др.), совершающих вращательное или возвратно-поступательное движение (обороти, ходы и удары) с числом циклов менее 20 раз в секунду (инфразвук механического происхождения). При турбулентных процессах в потоках газов или жидкостей возникает инфразвук аэродинамического происхождения.

Инфразвук отличается от слышимого удара рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний среды. Амплитуда инфразвуковых колебаний во много раз превышает амплитуду акустических волн при равных мощностях источников звука. Инфразвук распространяется на большие расстояния от источника генерирования ввиду слабого поглощения его атмосферой. Большая длина волны инфразвуковых колебаний (17-20 м) делает характерным для инфразвука явление дифракции (огибание волнами препятствий), благодаря чему инфразвук легко проникает в помещение и обходит преграды, задерживающие слышимые звуки. Инфразвуковые колебания способны вызвать вибрацию крупных объектов вследствие явления резонанса. Указанные особенности инфразвуковых волн затрудняют борьбу с ними, так как классические способы снижения уровня шума (звукопоглощение и звукоизоляция), а также удаление от источника в данном случае малоэффективны.

Биологическое действие инфразвука на организм человека оказывается неблагоприятным. Он влияет на нервную, сердечнососудистую и дыхательные системы, на состояние слухового и вестибулярного анализаторов. Инфразвук вызывает у человека ощущение неясной тревоги, беспокойства, беспричинного страха и ужаса. Он приводит к недомоганию, значительной слабости (астении), головной боли, головокружению, быстрому утомлению и потере трудоспособности. Инфразвук определенной частоты вызывает расстройство мозга, слепоту, а при частоте 7 Гц – смерть.

Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2,4,8 и 16 Гц должны быть не более 105 дБ, а для полос с частотой 32 Гц – не более 102 дБ. Известные меры борьбы с шумом, как правило, неэффективны для инфразвуковых колебаний. Наиболее эффективным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике возникновения (путем применения малогабаритных машин большой жесткости, увеличения быстроходности технологического оборудования, снижения интенсивности аэродинамических процессов и т.д.). В борьбе с инфразвуком на путях его распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа. В качестве СИЗ рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия шума.

Ультразвук – механические колебания упругой среды с частотами от 1,12 10⁴ до 1 10⁹ Гц . Ультразвуковой диапазон частот подразделяют на низкочастотные колебания (от 1,12 10⁴ до 1 10⁵ Гц), распространяющиеся воздушным и контактным путем; и высокочастотные колебания (от 1 10⁵ до 1 10⁹ Гц), распространяющиеся только контактным путем.

Источником ультразвука является оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания для выполнения технологических процессов, технического контроля и измерений, а также оборудование, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий фактор. В воде, металле и других средах ультразвук мало поглощается и способен распространяться на большие расстояния, практически не теряя энергии. Поглощение ультразвука сопровождается нагреванием среды. Специфической особенностью ультразвука, обусловленной большой – частотой и малой длиной волны, является возможность распространения ультразвуковых колебаний направленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Они создают на относительно небольшой площади очень большое ультразвуковое давление. Это свойство ультразвука обусловило широкое его применение: для очистки поверхности деталей и узлов, механической обработки твердых материалов, сварки, пайки, лужения, дефектоскопии, проверки размеров выпускаемых изделий, структурного анализа веществ, ускорения химических реакций, гидролокации.

Ультразвуковые волны обуславливают функциональные нарушения нервной системы, изменения давления, состава и свойства крови. Часты жалобы на головные боли, быструю утомляемость, потерю слуховой чувствительности. Ультразвук может действовать на человека, как через воздух, так и через жидкую и твердую среду (контактное воздействие на руки).

Субъективно оцениваемая громкость звука возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность звуковых волн. Поэтому уровень громкости L_Е определяется как логарифм отношения интенсивности I данного звука к порогу слышимости I _пор:

 

,                            (3.16)

 

где k –коэффициент, который зависит от частоты и интенсивности.

Условно считают, что для человека с нормальным слухом на частоте 1000 Гц коэффициент k = 1, I _пор = I ₀ = 10^-12 Вт/м² и шкала уровней интенсивностей совпадает со шкалой уровней громкостей.

Виброакустические колебания

 

Виброакустические колебания – это упругие колебания твердых тел, газов и жидкостей, возникающие в рабочей зоне при работе технологического оборудования, движении технологических транспортных средств, выполнении разнообразных технологических операций.

Вибрация – вид механических колебаний, возникающих при передаче телу механической энергии от источника колебаний. Вибрацией называют движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты. Вибрация характеризуется скоростью (v, м/с) и ускорением (a, м/с²) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют виброскоростью и виброускорением.

Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широким диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона очень неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебера-Фехнера, ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому в практику введены логарифмические величины – уровни виброскорости и виброускорения:

 

L_v = 10 lg(v²/v²₀) = 20 lg(v/v₀), La = 10 lg (a/a₀).      (3.17)

 

Измеряются уровни в специальных единицах – децибелах (дБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе величины: v₀ = 5·10^-8 м/с, а₀ = 10^-6 м/с².

Важной характеристикой вибрации является его частота. Частоты производственных вибраций изменяются в широком диапазоне: от 0,5 до 8000 Гц. Максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела, называется амплитудой или амплитудой виброперемещения А (м). Для гармонических колебаний связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами:

 

v = 2·π·f·A, а = (2·π·f)²·А,                           (3.18)

 

Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота/, вдвое больше нижней граничной частоты f ₂, т.е. f ₁/f ₂ = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеометрической частотой.

Воздействие вибрации на человека классифицируют: по способу передачи колебаний; источнику возникновения; направлению действия вибрации; характеру спектра; частотному составу.

По характеру спектра вибрации выделяют:

- узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;

- широкополосные вибрации – с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По частотному составу вибрации выделяют:

- низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1-4Гц для общих вибраций, 8-16 Гц – для локальных вибраций);

- среднечастотные вибрации (8-16Гц – для общих вибраций, 31,5-63Гц – для локальных вибраций);

- высокочастотные вибрации (31,5-63Гц – для общих вибраций, 125-1000Г ц – для локальных вибраций).

Воздействие вибрации на организм человека. Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами,имеющими собственные частоты, которые для плечевого пояса, бедер и головыотносительно опорной поверхности (положение «стоя») составляют 4-6 Гц, головыотносительно плеч (положение «сидя») – 25-30 Гц. Для большинства внутренних органовсобственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц. Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц,определяемая как качка, хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни.Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата по причине резонансных явлений.

При частоте колебаний рабочих мест, близкой к собственным частотам внутренних органов, возможны механические повреждения или даже разрывы. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к вибрационной болезни, которая характеризуется нарушениями физиологических функций организма, связанными с поражением центральной нервной системы. Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение сердечной деятельности. Особенности воздействия вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах максимальных уровней энергии колебаний. Местная вибрация малой интенсивности может благоприятно воздействовать на организм человека, восстанавливать трофические изменения, улучшать функциональное состояние центральной нервной системы, ускорять заживление ран и т. п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии – вибрационной болезни.

Ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии в низких частотах (до 35 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8-10 лет (формовщики, бурильщики), при воздействии высокочастотной вибрации – через 5 и менее лет (шлифовщики, рихтовщики).

Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. Гигиенические ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. Технические ограничивают параметры вибрации не только с учетом указанных требований, но и исходя из достижимого на сегодняшний день для данного типа оборудования уровня вибрации. Оценка степени вредности вибрации ручных машин производится по спектру виброскорости в диапазоне частот 11-2800 Гц. Для каждой октавной полосы в пределах указанных частот устанавливают предельно допустимые значения среднеквадратичной величины виброскорости и ее уровни относительно порогового значения, равного 5·10^-8 м/с.

Устранение или снижение вибрации является одним из условий обеспечения безопасности на производстве. Она осуществляется на базе трех основных методов: виброгашения, виброизоляции и вибродемпфирования. Используется также ряд мероприятий, не связанных с перечисленными методами, но имеющих существенное значение для профилактики вибраций. Важное значение имеют средства индивидуальной защиты (СИЗ) от вибраций, которые по месту контакта оператора с вибрирующим объектом подразделяются на СИЗ для рук (рукавицы, перчатки), ног (специальная обувь).

Виброгашение (увеличение реактивной составляющей сопротивления системы колебания) реализуется за счет увеличения массы и жесткости машин или станков. Для этого машины и станки объединяют в единую систему с фундаментом анкерными болтами или цементной подливкой или же устанавливают установки на опорных плитах и виброгасящих основаниях. Виброгашение основания, как правило, применяется в отношении малогабаритного инженерного оборудования (вентиляторов, насосов), для которых характерны высокочастотные вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи вибрации от источника к защищаемому объекту (человеку или оборудованию) за счет введения в систему дополнительной упругой связи. Виброизоляция является более дешевым способом снижения вибраций, чем установка оборудования на виброгасящие основания. Она может применяться для установки агрегатов без фундаментов. Виброизоляция удешевляет монтаж оборудования, уменьшает уровень акустического шума.

Вибродемпфирование заключается в уменьшении уровня вибрации за счет превращения механических колебаний в тепловую энергию. Характеристикой вибродемпфирования является коэффициент потерь. Вибродемпфирование может быть реализовано в машинах с интенсивными динамическими нагрузками путем применения материалов с большим внутренним трением. Наиболее эффективными являются сплавы на основе систем медь-никель, никель-титан и т.п., коэффициент потерь которых на 2-3 порядка выше, чем у чугуна. Вибродемпфирование часто применяют для защиты от локальной вибрации путем нанесения на колеблющиеся объекты материалов с высоким коэффициентом потерь.

Организационно-технические мероприятия по защите от вибраций предусматривают своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов и существенное сокращение допустимого воздействия вибрации при превышении ее уровней над нормативными значениями. При превышении значения предельно допустимого уровня (ПДУ) на 1 дБ время воздействия (время работы обслуживающего персонала) сокращается в 1,12 раза, на 12 дБ – в 4 раза. В 8-часовой смене у работников, подвергающихся воздействию вибрации, должно быть два регламентированных перерыва: через 1-2 часа после начала работы – 20 минут; через 2 часа после обеда – 30 минут. Превышение ПДУ на 12 дБ является основанием для прекращения эксплуатации данного оборудования.

Электромагнитные поля

 

Электромагнитное поле (ЭМП) радиочастот характеризуется способностью на­гревать материалы; распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред; взаимодействовать с веществом, благодаря которой электромагнитные поля широко используются в различных отраслях народного хозяйства: промышленность, нау­ка, техника, медицина, быт.

При оценке условий труда учитываются время воздействия ЭМП и характер облу­чения работающих.

Действие ЭМП радиочастот на центральную нервную систему при плотности по­тока энергии (ППЭ) более 1 мВт/см² свидетельствует о ее высокой чувствительности к электромагнитным излучениям. Однако наблюдаемые реакции отличаются большой ва­риабельностью и фазным характером, включая условнорефлекторные и поведенческие ре­акции.

Изменения в крови наблюдаются, как правило, при ППЭ выше 10 мВт/см³, при меньших уровнях воздействия наблюдаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, повышение эритроцитов и гемоглобина). При длительном воздействии ЭМП происходит физиологическая адаптация или ослабле­ние иммунологических реакций.

Поражение глаз в виде помутнения хрусталика – катаракты является одним из наиболее характерных специфических последствий воздействия ЭМП в условиях произ­водства. Помимо этого следует иметь в виду и возможность неблагоприятного воздейст­вия ЭМП-облучения на сетчатку и другие анатомические образования зрительного ана­лизатора.

Клинико-эпидемиологические исследования людей, подвергавшихся производст­венному воздействию СВЧ-облучения при интенсивности ниже 10 мВт/см², показали от­сутствие каких-либо проявлений катаракты.

Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, могут приводить к изменениям функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению обменных процессов и др. При воздействии значительных интенсив­ностей СВЧ могут возникать более или менее выраженные помутнения хрусталика глаза. Нередко отмечаются изменения в составе периферической крови. Начальные изменения в организме обратимы. При хроническом воздействии ЭМП изменения в организме могут прогрессировать и приводить к патологии с астеновегетативными, ангиодистоническими и диэнцефальными проявлениями или энцефалопатии с выраженными органическими симптомами.

Предельно допустимые уровни облучения в диапазоне радиочастот определяются ГОСТом 12.1.006-84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». В соответствии с этим нормативным документом установлена предельно допустимая напряженность электрического поля (E_пд, В/м) в диапазоне 0,06 – 300 МГц и предельно допустимая энергетическая нагрузка за рабочий день [ЕН_Eпд, (В/м)²·ч]. Между этими величинами существует следующая связь:

 

,                           (3.19)

 

где Т – время воздействия в течение рабочего дня, ч.

Для частот 0,06-3,0 МГц: E_пд = 500 В/м, ЕН_Eпд = 20 000 (В/м)²·ч

Для частот 3,0–30 МГц: E_пд  = 300 В/м, ЕН_Eпд = 7000 (В/м)²·ч

Для частот 30-300 МГц: E_пд = 80 В/м, ЕН_Eпд = 800 (В/м)²·ч

Интенсивность электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах персона­ла, проводящего работы с источниками ЭМП, и требования к проведению контроля рег­ламентирует ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. Средства и методы защиты от ЭМП делятся на три группы: организационные, ин­женерно-технические и лечебно-профилактические.

Предельно допустимая напряженность магнитного поля в диапазоне частот 0,06 – 3 МГц в соответствии с названным выше ГОСТом должна составлять H_ПД=50 А/м. Между этой характеристикой и предельно допустимой энергетической нагрузкой за рабочий день [ЕН_Нпд(А/м)²·ч] существует следующая зависимость:

 

,                        (3.20)

 

где Т – время воздействия, ч (величина ЕН_Нпд не должна превышать 200 А/м²).

Организационные мероприятия предусматривают предотвращение попадания лю­дей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.

Общие принципы, положенные в основу инженерно-технической защиты, сводят­ся к следующему: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом с целью снижения или устранения электромагнитного излучения; зашита рабочего места от облучения или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Для эк­ранирования рабочего места используют различные типы экранов: отражающие и погло­щающие.

Из перечисленных выше методов защиты чаще всего применяют экранирование или рабочих мест, или непосредственно источника излучения. Различают отражающие и поглощающие экраны. Экраны должны заземляться. Защитные действия таких экранов заключаются в следующем. Под действием электромагнитного поля в материале экрана возникают вихревые токи (токи Фуко), которые наводят в нем вторичное поле. Амплитуда наведенного поля приблизительно равна амплитуде экранируемого поля, а фазы этих полей противоположны. Поэтому результирующее поле, возникающее в результате суперпозиции (сложения) двух рассмотренных полей, быстро затухает в материале экрана, проникая в него на малую глубину.

Лечебно-профилактические мероприятия должны быть направлены прежде всего на раннее выявление нарушений в состоянии здоровья работающих. Для этой цели пре­дусмотрены предварительные и периодические медицинские осмотры лиц, работающих в условиях воздействия СВЧ –1 раз в 12 месяцев, УВЧ и ВЧ-диапазона – 1 раз в 24 месяца. При выявлении симптомов, характерных для воздействия ЭМП, углубленное об­следование и последующее лечение проводятся в соответствии с особенностями выявлен­ной патологии.

Лазерное излучение

Лазер или оптический квантовый генератор –это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вы­нужденного (стимулированного) излучения.

Лазеры широко применяются в различных областях промышленности, науки, тех­ники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др. Расширение сферы их исполь­зования увеличивает контингент лиц, подвергающихся воздействию лазерного излучения, и выдвигает необходимость профилактики опасного и вредного действия этого фактора среды обитания. Работа с лазерами в зависимости от конструкции, мощности, условий эксплуа­тации разнообразных лазерных систем и другого оборудования может сопровождать­ся воздействием на персонал неблагоприятных производственных факторов. Работа лазерных установок, как правило, сопровождается шумом. На фоне постоянного шу­ма, который может достигать 70-80 дБ, имеют место звуковые импульсы с уровнем интенсивности 100-120 дБ, возникающие в результате перехода световой энергии в механическую в месте соприкосновения луча с обрабатываемой поверхностью или за счет работы механических затворов лазерных установок. Разряды ламп накачки, а также взаимодействие луча с воздухом сопровождаются выделением озона и оки­слов азота.  Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энер­гии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности им­пульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверх­ности), локализации воздействия и анатомо-физиологических особенностей облучаемых объектов. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может пре­терпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты). Наблюдается сочетанное термическое и механическое действие на облучаемые структуры.

Эффект воздействия лазерного излучения на орган зрения в значительной степени зависит от длины волны и локализации воздействия. Выраженность морфологических из­менений и клиническая картина расстройств функций зрения может быть от полной поте­ри зрения (слепота) до инструментально выявляемых функциональных нарушений. При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения органа зрения, кожных покровов и внутренних органов.

Классификация лазеров и лазерных систем:

Класс 1: Лазеры и лазерные системы малой мощности, которые не могут излучать уровень радиации, превышающие максимально разрешимое облучение (MPE). Лазеры и лазерные системы класса 1 не способны причинить повреждение человеческому глазу, и, следовательно, не подлежат контрольному эталонированию.

Класс 2: Видимые, маломощные лазеры и лазерные системы, которые способны причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если смотреть непосредствен­но на лазер на протяжении длительного периода (более 15 минут).

Класс 3: Лазеры и лазерные системы средней мощности. Данный класс включает лазеры следующих классов:

Класс 3a: не представляют опасность, если смотреть на лазер невооруженным взглядом только на протяжении кратковременного периода. Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на лазер с помощью собирающей оптики.

Класс 3b: представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча.

Класс 4: Лазеры и лазерные системы сильной мощности, которые способны при­чинить сильное повреждение человеческому глазу короткими излучениями (<0,25 с) пря­мого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отраженного. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение на коже челове­ка, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющие и горючие материалы.

Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы Санитар­ными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 5804-91, которые по­зволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при рабо­те с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определять величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам.

Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей. При использовании лазеров 2-3 классов для исключения облучения персонала не­обходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.

Лазеры 4 класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением их работой.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.

Работающим с лазерами необходимы предварительные и периодические (1 раз в год) медицинские осмотры терапевта, невропатолога, окулиста.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение (УФ) представляет собой невидимое глазом элек­тромагнитное излучение, занимающее в электромагнитном спектре промежуточное по­ложение между светом и рентгеновским излучением.

УФ-лучи обладают способностью выдавать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность (развитие фотохимических реакции), вызывать люминесцен­цию и обладают значительной биологической активностью.

Биологическое действие УФ-лучей солнечного света проявляется прежде всего в их положительном влиянии на организм человека. Известно, что при длительном недостатке солнечного света возникают нарушения физиологического равновесия организма, разви­вается своеобразный симптомокомплекс, именуемый «световое голодание».

Наиболее часто следствием недостатка солнечного света являются авитаминоз В, ослабление защитных иммунобиологическях реакций организма, обострение хронических заболеваний, функциональные расстройства нервной системы.

УФ-облучение субэритемными и малыми эритемными дозами оказывает благопри­ятное стимулирующее действие на организм. Происходит повышение тонуса гипофизар­но-надпочечниковой и симпатоадреналовой систем, активности ферментов и уровня не­специфического иммунитета, увеличивается секреция ряда гормонов. Наблюдается нор­мализация артериального давления, снижается уровень холестерина сыворотки и прони­цаемость капилляров, повышается фагоцитарная активность лейкоцитов; нормализуются все виды обмена.

Установлено, что под воздействием УФ-излучении повышается сопротивляемость организма, снижается заболеваемость, в частности простудными заболеваниями, возраста­ет устойчивость к охлаждению, снижается утомляемость, увеличивается работоспособ­ность. Для профилактики «ультрафиолетового дефицита» используют как солнечное из­лучение – инсоляция помещений, световоздушные ванны, солярии, так и УФ-облучение искусственными источниками.

УФ-излучение от производственных источников (электрические дуги, ртутно­кварцевые горелки, автогенное пламя) может стать причиной острых и хронических по­ражений. Наиболее подвержен действию УФ-излучения зрительный анализатор. Острые по­ражения глаз, так называемы электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют собой острый конъюнктивит или кератоконъюнктивит. Проявляется заболевание ощущением постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением, блефароспазом. Не­редко обнаруживается эритема кожи лица и век. Заболевание длится до 2-3 суток. Профилактические мероприятия по предупреждению электроофтальмий сводятся к применению светозащитных очков или щитков при электросварочных и других работах. С хроническими поражениями связывают хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика. Кожные поражения протекают в виде острых дерматитов с эритемой, иногда оте­ком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться обще­токсические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями, диспепси­ческими явлениями. Классическим примером поражения кожи, вызванного УФ-излучением, служит солнечный ожог.

Хронические изменения кожных покровов, вызваны УФ-излучением, выражаются в «старении», развитии кератоза, атрофии эпидермиса, возможно развитие злокаче­ственных новообразований.

Для защиты кожи от УФ-излучения используют защитную одежда противосолнечные экраны (навесы и т. п.), специальные покровные кремы. Важное гигиеническое значение имеет способность УФ-излучения производствен­ных источников изменять газовый состав атмосферного воздуха вследствие его иони­зации. При этом в воздухе образуются озон и оксиды азота. Эти газы, как известно, обла­дают высокой токсичностью и могут представлять большую опасность, особенно при вы­полнении сварочных работ, сопровождающихся УФ-излучением, в ограниченных, плохо проветриваемых помещениях или в замкнутых пространствах.

С целью профилактики отравлений окислами азота и озоном соответствующие по­мещения должны быть оборудованы местной или общеобменной вентиляцией, а при сва­рочных работах замкнутых объемах необходимо подавать свежий воздух непосредственно под щиток или шлем. Интенсивность УФ-излучения на промышленных предприятиях установлена Санитарными нормами ультрафиолетового излучения в производственных помещениях № 4557-88.

Защитные меры включают средства отражения УФ-излучений, защитные экраны и средства индивидуальной защиты кожи и глаз.

Для защиты от повышенной инсоляции применяют различные типы защитных эк­ранов. При этом они могут быть физическими и химическими, физические представляют собой разнообразные преграды, загораживающие или рассеивающие свет. Защитным дей­ствием обладают различные кремы, содержащие поглощающие ингредиенты, например, бензофенон.

Защитная одежда из поплина или других тканей должна иметь длинные рукава и капюшон. Глаза защищают специальными очками со стеклами, содержащими оксид свин­ца, но даже обычные стекла не пропускают УФ-лучи с длиной волны короче 315 нм.

Ионизирующее излучение

 

Действие излучения на вещество оценивают по дозе излучения. Дозой излучения называют величину, равную отношению энергии излучения к массе облучаемого вещества:

 

,                               (3.21)

 

где D – доза излучения, Дж/кг;  – энергия поглощенного излучения, Дж; m – масса облучаемого вещества, кг.

Единицей дозы облучения является грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица 1 рад=100 эрг/г равна 0,01 Гр.

Мощность дозы излучения – ватт на килограмм, Вт/кг, или Гр/с:

 

.                              (3.22)

 

Энергетической характеристикой излучения является экспозиционная доза излучения – это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучений, определяемая по ионизации воздуха:

 

,                             (3.23)

 

где  – количество зарядов одного знака, созданных при облучении воздуха, Кл; m^в – масса воздуха, кг.

По энергетическим характеристикам 1 Кл/кг равен 33 Дж/г для воздуха (87,3 эрг/г).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы служит рентген (Р), 1 P = 2,58∙10^–4 Кл/кг. При экспозиционной дозе, равной 1 Р в 10^–6 м³ сухого воздуха и давлении 1,013∙10⁵ Па, возникает заряд ионов одного знака 3,3∙10^–8 Кл.

Мощность экспозиционной дозы N_э выражается в амперах на килограмм (А/кг). Это мощность такой дозы ионизируюшего электромагнитного излучения, при которой за одну секунду экспозиционная доза возрастает на 1 Кл/кг. Внесистемные единицы мощности экспозиционной дозы: 1 Р/с = 2,59∙10^–4 А/кг, 1 Р/мин = 4,3∙10^–6 А/кг; 1 Р/ч = = 7,17∙10^–8 А/кг.

В области радиационной безопасности для оценки возможного ущерба здоровью человека при хроническом облучении введено понятие эквивалентной дозы, равной произведению поглощенной дозы на средний коэффициент, учитывающий воздействие облучения на биологическую ткань:

 

,                                     (3.24)

 

где ЭД – эквивалентная доза облучения, Дж/кг; W_R – взвешивающий коэффициент излучения

Для оценки воздействия излучения на население используют коллективную эквивалентную дозу, равную произведению эквивалентной дозы на число человек, подвергшихся радиации:

 

,                              (3.26)

 

где КЭД – коллективная эквивалентная доза, чел∙Зв; ЭД – эквивалентная доза, Зв;  – число человек, подвергшихся радиации.

Развитие биосферы происходит на фоне ионизирующей радиации естественного радиационного фона. Радиационный фон состоит из космического излучения и радиации от природных радионуклидов. Основной вклад в естественный радиационный фон вносят следующие радиоактивные изотопы: ⁴⁰К, ²³⁸U, ²³²Th, а также продукты распада урана и тория. Суммарная доза фонового излучения составляет около 1м∙Зв/год. В районах с высоким содержанием радионуклидов средняя доза излучения может достигать 10м∙Зв/год. Считают, что радиационный фон влияет на информационные потоки в биосфере, обусловливая часть наследственных изменений и мутаций живых организмов.

Ионизирующие излучения воздействуют на биосферу комплексно. Начальные процессы – ионизация, возбуждение атомов и молекул с образованием активных радикалов, вступающих в реакции с основным структурным элементом биосферы – клеткой.

Физико-химические процессы на начальных этапах превращений вещества под действием радиации называют пусковыми.

Животный и растительный мир биосферы обладает различной восприимчивостью к радиации. Наиболее чувствительны к излучению высшие биологические организмы – человек, млекопитающие животные. Одноклеточные растения, животные, бактерии могут выдерживать сравнительно большие дозы радиоактивного излучения.

Поражение высших живых организмов, прежде всего человека, зависит от величины дозы облучения, ее пространственного распределения по организму, времени излучения и временнόго интервала от момента получения дозы (см. табл. 3.2).

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излуче­нию морфологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени воз­растания чувствительности можно расположить в следующем порядке: нервная ткань; хрящевая и костная ткань; мышечная ткань; соединительная ткань; щитовидная железа; пищеварительные железы; легкие; кожа; слизистые оболочки; половые железы; лимфоидная ткань, костный мозг.

На основании количественного учета генных мутаций установлена зависимость частоты их возникновения от дозы облучения. Многочисленные опыты с животными по­зволили сделать вывод, что частота летальных мутаций в половых клетках возрастает прямо пропорционально дозе ионизирующего излучения. Вместе с тем выявлено, что лю­бая сколь угодно малая доза ионизирующего излучения приводит к повышению частоты мутаций по сравнению с уровне спонтанных мутаций, т. е. имеет место отсутствие порога генетического эффекта при действии источников ионизирующих излучений.

В результате действия ионизирующих излучений на хромосомы возникает большое количество хромосомных перестроек, тип которых зависит от дозы облучения. Частота хромосомных перестроек, происходящих в результате одиночного разрыва, находится в линейной зависимости от дозы. Частота же хромосомных перестроек, возникающих в ре­зультате двух независимых одновременных разрывов, возрастает пропорционально квад­рату дозы, вследствие того, что вероятность одновременного возникновения двух незави­симых событий равна произведению вероятностей. Прямые цитологические исследования – подсчет клеток с нарушенными хромосо­мами – показали, что возникновение хромосомных аберраций зависит от плотности иони­зации. Опыты установили, что корпускулярные излучения – быстрые нейтроны и а- частицы – вызывают хромосомные перестройки чаще, чем электромагнитные излучения. Это объясняется разницей в плотности ионизации, которую они производят.

Наибольшую опасность представляют долгоживущие радионуклиды цезия и стронция (¹³⁷Сs, ⁹⁰Sr). Хроническое облучение вызывает снижение сопротивляемости организма при получении дозы ,1 Зв/год, а доза порядка 0,5 Зв приводит к развитию хронической лучевой болезни. Интенсивное развитие ядерной энергетики привело к повышению радиационного фона в отдельных частях биосферы. Так, вентиляционные выбросы из урановых шахт содержат радиоактивный радон (²²²Rh), а радионуклиды водорода, углерода, йода (³Н, ¹⁴С, ¹²⁹I) вступают в естественные циклы обмена веществ, вызывая необратимые изменения в жизнедеятельности живых организмов. Все радионуклиды подразделяют на четыре группы:

– группа А – особо токсичные (активность 3,7∙10⁶ Бк);

– группа Б – высоко токсичные (активность 3,7∙10⁵ Бк);

– группа В – средне токсичные (активность 3,7∙10⁴ Бк);

– группа Г – малотоксичные (активность 3,7∙10³ Бк).

Для каждого радионуклида установлены предельно допустимые газовые поступления (ПДП) через органы дыхания и предел годового поступления в организм (ПГП) (табл.3.6).

Таблица 3.6

Пределы годового поступления радионуклидов в организм человека для некоторых веществ

Вещество	Группа опасности	ПГП, Бк/год
Водород Калий Цезий Йод Уран Уран Радон	Г В Г Г А Б Г	5,6∙1012 1,9∙106 9,6∙107 3,5∙107 5,2∙102 5,2∙103 3,6∙108

 

Накопление, перенос радионуклидов в биосфере является предметом специального изучения. При выбросах радионуклидов различными источниками происходит первичное заражение местности. Распределение концентраций можно рассчитать по обычным формулам для распределения токсичных веществ в приземном слое воздуха, но ожидаемая концентрация радионуклида может существенно отличаться от расчетной. Об этом свидетельствует авария на Чернобыльской АЭС. В результате выброса на земле образовались очаги повышенного уровня загрязнения, причем рассеивание приняло глобальный характер. Отметим, что при расчетах концентрация токсичного радионуклида должна увеличиваться на некотором расстоянии Х_м, и достигать максимального значения с постепенным снижением до фоновой концентрации на больших расстояниях.

Поражение организма под воздействием радионуклидов носит разнообразный характер. Радионуклиды первой группы равномерно распределяются по всему организму и вызывают повреждения органов, сходных с действием γ-излучения.

Радионуклиды второй группы (Ca, Sr, Ba) накапливаются в костной ткани, вызывая облучение костного мозга. Склонность элементов третьей группы к комплексообразованию приводит к их концентрации в крови с последующим перемещением в печень.

Факторы кинетики, обмена различного распределения в органах приводят к тому, что токсичность радионуклидов проявляется неодинаково при равных концентрациях. Следовательно, радионуклиды с одиноковой активностью, но с различными физико-химическими свойствами имеют различные пределы поступления в биосферу и отдельные организмы.

Основные методы защиты биосферы от радионуклидов:

– разработка безопасных ядерных технологий с минимальными выбросами и сбросами радиоактивных веществ;

– внедрение современных методов защиты, очистки воздуха, воды, почвы от радиоактивных отходов;

– длительные комплексные санитарно-гигиенические мероприятия по наблюдению за радиационным фоном, выявлением очагов радиоактивного заражения, ограничение облучения населения, животных, растений;

– разработка научно обоснованных уровней поступления радионуклидов в организм человека, уровней облучения и заражения местности для принятия экстренных мер по защите людей, животных, растений.

Экспериментально установлено, что формальная кинетика радиоактивного распада элементов подчиняется закономерностям необратимой реакции первого порядка. Закономерность радиоактивного распада, несмотря на сложнейшие внутриядерные процессы, соблюдается достаточно точно для всех элементов.

Структура электронных оболочек, состав атомов, тип кристаллической решетки, фазовое состояние вещества, температура не влияют или влияют на распад элементов настолько незначительно, что этими параметрами пренебрегают.

Очевидно, радиоактивный распад веществ будет зависеть от таких параметров системы, которые по энергии взаимодействия сравнимы с энергией взаимодействия нуклонов в ядре.

Процесс распада вещества можно представить в виде такой схемы:                                         

 продукты реакции

 

Дифференциальное уравнение для скорости распада вещества получим, используя основной постулат химической кинетики: скорость пропорциональна концентрациям реагирующих веществ в степени стехиометрических коэффициентов реакции:

 

              (3.27)

             (3.28)

 

где m₀ – количество вещества в начальный момент времени, кмоль/кг; х – количество вещества в произвольный момент времени t, кмоль/кг.

Интегрируя, находим выражение для скорости реакции:

 

         (3.29)

 

Время, за которое распадается половина вещества, называют временем полураспада (период полураспада), и оно связано с константой скорости реакции:

 

         (3.30)

 

где  – время полураспада, с^–1.

Приведенные уравнения являются основными для расчетов активности радионуклидов. Так, из дифференциального уравнения для скорости распада рассчитаем активность радионуклида:

 

     (3.31)

 

где m – масса радионуклида, кг; M₀ – молярная или атомная масса радионуклида; N_A – число Авогадро, равное кмоль^–1; А – активность, Бк.

В расчетах используют удельную активность радионуклида, отнесенную к единице массы или единице объема вещества:

 

       (3.32)

 

где А _m, A _v – активности изотопов, Бк/кг, Бк/м³; m₁ – масса вещества, в котором распадаются изотопы; V – объем вещества, в котором происходит распад, м³.

Время полураспада не зависит от количества исходного вещества, так как превращение ядер одних элементов в другие происходит независимо друг от друга.

Величина, обратная константе скорости распада, характеризует среднее время жизни отдельного ядра:

 

        (3.33)

где  – среднее время жизни ядра радионуклида, с.

Прогнозирование активности радионуклидов зависит от многих факторов и является предметом более сложных расчетов, чем прогноз ожидаемой концентрации загрязняющих веществ. Связано это с тем, что кроме распределения вещества в приземном слое или воде, почве, активность нестабильных веществ меняется с течением времени. Кроме того, нестабильные изотопы могут испытывать несколько распадов, образуя изотопы элементов различной активности.

---

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!