Тема 5. Природні та штучні джерела електромагнітних полів (емп) та іонізуючих випромінювань.
Інтенсивне використання природних ресурсів та забруднення навколишнього середовища, широке впровадження техніки, систем механізації та автоматизації в усі сфери суспільно-виробничої діяльності, формування ринкових відносин супроводжується появою і широким розповсюдженням різних природних, біологічних, технічних, екологічних та інших небезпек. Це потребує від кожного фахівця уміння визначати й здійснювати комплекс ефективних заходів захисту від їх несприятливого впливу на організм людини і здоров’я населення.
Вирішення проблеми забезпечення безпеки життєдіяльності полягає у забезпеченні нормальних (комфортних) умов діяльності людей, у захисті людини й оточуючого її середовища (природного, виробничого, міського, житлового тощо) від впливу шкідливих факторів, які перевищують нормативно припустимі рівні.
Іонізуючі випромінювання існували на Землі ще задовго до появи на ній людини. Проте вплив іонізуючих випромінювань на організм людини був виявлений лише наприкінці XIX ст. з відкриттям французького вченого А. Беккереля, а потім дослідженнями П’єра і Марії Кюрі явища радіоактивності, які проводили дослідження цього впливу безпосередньо на собі.
Поняття “іонізуюче випромінювання” об’єднує різноманітні, різні за своєю природою, випромінювання. Подібність їх полягає в тому, що усі вони відрізняються високою енергією, мають властивість іонізувати і руйнувати біологічні об’єкти. Під впливом іонізуючого випромінювання атоми і молекули живих клітин іонізуються, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які впливають на характер подальшої життєдіяльності організму. Іонізуючі випромінювання, діючи на організм людини, викликають в ньому зворотні і незворотні зміни.
Іонізуюче випромінювання – це будь-яке випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Розрізняють корпускулярне і фотонне іонізуюче випромінювання.
Корпускулярне
– потік
елементарних частинок із масою спокою,
відмінною від нуля, що утворюються при
радіоактивному розпаді, ядерних
перетвореннях, або генеруються на
прискорювачах. Це
і
– частинки, нейтрони,
протони та ін.
Фотонне
– потік
електромагнітних коливань, що поширюється
у вакуумі з постійною швидкістю 300 000
км/с, це
– випромінювання і рентгенівське
випромінювання.
Випромінювання характеризуються за своєю енергією, шляхом вільного пробігу, іонізуючою і проникаючою спроможностями.
Іонізуюча спроможність випромінювання визначається питомою іонізацією, тобто числом пар іонів, що утворюються частинкою в одиниці об’єму, маси середовища або на одиниці довжини шляху.
Різноманітні види випромінювань мають різноманітну іонізуючу спроможність.
Проникаюча спроможність випромінювань визначається величиною пробігу, тобто шляхом, пройденим часткою в речовині до її повного зникнення.
Джерела іонізуючих випромінювань поділяються на природні та штучні (антропогенні, техногенні).
Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні вибухи, ядерні установки для виробництва енергії, ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські апарати, прилади апаратури засобів зв’язку високої напруги тощо.
Однією з причин появи іонізуючого випромінювання є радіоактивність – спонтанне (мимовільне) перетворення нестійких атомних ядер (радіонуклідів) в ядра інших елементів, що супроводжується випромінюванням часток або квантів енергії. Хімічні елементи, радіонукліди, звуться радіоактивними елементами або радіоактивними ізотопами. Радіонукліди утворюють випромінювання в момент свого перетворення в інші ядра. Радіоактивні ізотопи характеризуються періодом напіврозпаду (від секунд до млн. років), типом радіоактивного розпаду, активністю (числом радіоактивних перетворень за одиницю часу) та енергією випромінювання за одиницю часу..
Активність у міжнародній системі (SI) вимірюється в бекерелях (Бк). 1 Бк = 1 розпад за секунду. Позасистемною одиницею є кюрі (Кі). 1 Кі = 37 х 109 Бк.
Дія іонізуючого випромінювання в будь-якому середовищі залежить від енергії випромінювання й оцінюється дозою іонізуючого випромінювання. Останнє визначається для повітря, речовини і біологічної тканини. Відповідно розрізняють експозиційну, поглинену та еквівалентну дози іонізуючого випромінювання.
Експозиційна доза характеризує іонізуючу спроможність випромінювання в повітрі, вимірюється в кулонах на 1 кг (Кл/кг); позасистемна одиниця - рентген (Р); 1 Кл/кг = 3,88 . 103 Р. Відповідно 1Р = 2,58 . 10-4 Кл/кг. За експозиційною дозою можна визначити потенційні можливості іонізуючого випромінювання.
Поглинута доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання, що поглинається одиницею маси опроміненої речовини. Вона вимірюється в греях (Гр.) (1 Гр = 1 Дж/кг). Застосовується і позасистемна одиниця рад (1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг).
Еквівалентна доза є мірою біологічного впливу випромінювання на конкретну людину, тобто індивідуальним критерієм небезпеки, зумовленим іонізуючим випромінюванням. За одиницю вимірювання еквівалентної дози прийнято зіверт (Зв). 1 зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського та , – випромінювань). Позасистемною одиницею служить бер (біологічний еквівалент рада). 1 бер = 0,01 Зв.
Ефект дії іонізуючого випромінювання зумовлюється не лише кількістю поглинутої об’єктом, що опромінюється, енергії, а й 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.
Дія іонізуючого випромінювання на організм людини має певні особливості:
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 і на його спадкоємців (генетичний ефект);
різні органи організму мають різну чутливість до випромінювання.
Найбільш вразливими до дії іонізуючого випромінювання є зародкові клітини, червоний кістковий мозок, легені, щитовидна залоза, інші внутрішні органи. Менш чутливою є кісткова тканина, найменш вразливою вважається шкіра.
Ефекти, викликані дією іонізуючих випромінювань (радіації), систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву.
За видами ушкоджень їх поділяють на три групи: соматичні, соматико-стохатичні (випадкові, ймовірні), генетичні.
За часом прояву
виділяють дві групи
– ранні
(або гострі) і пізні.
Ранні ураження бувають
тільки соматичні. Це призводить до
смерті або променевої
хвороби. Джерелом
таких часток є в основному ізотопи, що
мають коротку тривалість життя,
–
випромінювання, потік нейтронів.
Гостра форма виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. При дозах порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна форма розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що не перевищують летальну дозу (ЛД). При поглинутій дозі 4-6 Гр розвивається важка форма променевої хвороби. 50 % випадків захворювання закінчується смертю протягом першого місяця.
Зміни, що виникають в організмі під дією іонізуючого випромінювання, залежать від багатьох чинників, насамперед, від виду, рівня та часу дії опромінення, розміру поверхні, яка опромінюється, властивостей організму тощо.
Більш віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути:
променеві катаракти;
лейкози;
злоякісні пухлини;
раннє старіння та інше.
Ступінь впливу радіації залежить від того, чи є опромінення зовнішнім, коли джерело опромінення знаходиться поза тілом людини чи внутрішнім (джерело опромінення знаходиться в тілі людини). Внутрішнє опромінення виникає при вдиханні або ковтанні радіоізотопів, які містяться у воді, їжі, повітрі, особливо запиленому, тощо. Можуть бути локальні ураження, оскільки деякі речовини поглинаються і накопичуються в конкретних органах.
Гранично допустимою дозою (ГДД) загального опромінення людини вважається доза, яка у світлі сучасних знань не повинна викликати значних ушкоджень організму протягом життя. ГДД для людей, які постійно працюють з радіоактивними речовинами, прийнято вважати 2 бер на рік. При цій дозі не спостерігається соматичних уражень, проте достовірно поки невідомо, яким чином реалізуються канцерогенний і генетичний ефекти дії. Цю дозу слід розглядати як верхню межу, до якої не варто наближатися.
Надзвичайно швидкий розвиток застосування відкритих джерел випромінювань в науці та на практиці, виявлення негативного впливу випромінювання на живі організми майже одночасно з відкриттям рентгенівського випромінювання і радіоактивного розпаду зумовили розгляд питань захисту людини від негативного впливу іонізуючого випромінювання.
Заходи радіаційної безпеки, що застосовують на підприємствах, залежать від конкретних умов роботи з джерелами іонізуючих випромінювань і, передусім, від типу джерела випромінювання.
Закритими називаються будь-які джерела іонізуючого випромінювання, устрій яких виключає проникнення радіоактивних речовин у навколишнє середовище при передбачених умовах їхньої експлуатації і зносу.
Встановлені певні закони поширення іонізуючих випромінювань і характеру їх взаємодії з речовиною, серед найголовніших з яких такі:
доза зовнішнього опромінення пропорційна інтенсивності випромінювання і часу впливу;
інтенсивність випромінювання від точкового джерела пропорційна кількості квантів або часток, що виникають у ньому за одиницю часу, і обернено пропорційна квадрату відстані;
інтенсивність випромінювання може бути зменшена за допомогою екранів.
Основними принципами забезпечення радіаційної безпеки при роботі із закритими джерелами іонізуючого випромінювання є:
зменшення потужності джерел до мінімальних значень (“захист кількістю”);
скорочення часу роботи з джерелом (“захист часом);
збільшення відстані від джерел до людей (“захист відстанню”);
екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуюче випромінювання (“захист екраном”).
Відкритими називаються такі джерела іонізуючого випромінювання, при використанні яких можливе потрапляння радіоактивних речовин у навколишнє середовище.
При цьому може відбуватися не тільки зовнішнє, але і додаткове внутрішнє опромінення персоналу. Тому, основними принципами забезпечення радіаційної безпеки при взаємодії з відкритими джерелами іонізуючого випромінювання є:
використання принципів захисту, що застосовуються при роботі з джерелами випромінювання у закритому виді;
герметизація виробничого устаткування з метою ізоляції процесів, що можуть стати джерелами надходження радіоактивних речовин у зовнішнє середовище;
заходи планувального характеру;
застосування санітарно-технічних засобів і устаткування, використання спеціальних захисних матеріалів;
використання засобів індивідуального захисту і санітарної обробки персоналу;
дотримання правил особистої гігієни;
очищення від радіоактивних забруднень поверхонь будівельних конструкцій, апаратури і засобів індивідуального захисту;
використання радіопротекторів (біологічний захист).
Біосфера протягом усієї своєї еволюції перебувала під впливом фонового електромагнітного випромінювання, спричиненого природними джерелами (Сонцем, зірками, планетами тощо). Це випромінювання включає в себе випромінювання радіочастотного діапазону, інфрачервоне (ІЧ), видиме, ультрафіолетове (УФ), рентгенівське та – випромінювання. За попереднє століття століття людство створило і все ширше використовує штучні електромагнітні поля (ЕМП), які значно перевищують природні і є тим несприятливим чинником, вплив якого на людину зростає з року в рік.
ЕМП в біосфері відіграють універсальну роль носіїв інформації. Зв’язок на основі ЕМП є найбільш інформативним та економічним. Порівняно зі звуковою, світловою та хімічною інформацією ЕМП, як засіб зв’язку у біосфері, мають такі переваги:
поширюються у будь–якому середовищі життя – воді, повітрі, ґрунті та тканинах організму;
мають максимальну швидкість поширення;
можуть поширюватися на будь-яку відстань;
можуть поширюватися за будь-якої погоди й незалежно від часу доби;
на них реагують усі біосистеми (на відміну від інших сигналів).
ЕМП мають певну потужність, енергію і поширюються у вигляді електромагнітних хвиль.
Основними параметрами електромагнітних коливань є:
довжина хвилі;
частота коливань;
швидкість розповсюдження.
Випромінювання радіочастотного діапазону залежно від частоти коливань поділяються на низку діапазонів
дуже низькочастотні (ДНЧ): 0,003 Гц - 30 кГц;
низькочастотні (НЧ): 30 кГц – 300 кГц;
середньочастотні (СЧ): 300 кГц – 3 МГц;
високочастотні (ВЧ): 3 МГц – 30 МГц;
дуже високочастотні (ДВЧ): 30 МГц – 300 МГц;
ультрависокочастотні (УВЧ): 300 МГц – 3 ГГц;
надвисокочастотні (НВЧ): 3 ГГц – 30 ГГц;
надзвичайно високочастотні (НЗВЧ): 30 ГГц – 300 ГГц.
Ступінь впливу електромагнітних випромінювань на організм людини залежить від:
діапазону частот;
інтенсивності впливу відповідних чинників;
довготривалості опромінення;
характеру випромінювання (неперервне чи модульне);
режиму опромінення;
розмірів поверхні тіла, яка опромінюється;
індивідуальних особливостей організму.
Найбільш біологічно активні діапазони НВЧ та НЗВЧ, менш активні УВЧ, а потім НЧ - ДВЧ.
Унаслідок дії на організм людини електромагнітних випромінювань від НЧ до ДВЧ–діапазонів (діапазони 30 кГц–300 МГц) спостерігаються:
загальна слабкість, підвищена втома, пітливість, сонливість, а також розлад сну, головний біль, болісні відчуття в області серця;
з’являються роздратування, втрата уваги, подовжується тривалість мовно-рухової та зорово-моторної реакцій, збільшується межа нюхової чутливості;
виникає низка симптомів, що свідчать про порушення роботи окремих органів – шлунка, печінки, селезінки, підшлункової та інших залоз;
пригнічуються харчові та статеві рефлекси, порушується діяльність серцево–судинної системи, фіксуються зміни показників білкового та вуглеводного обміну, змінюється склад крові, фіксуються порушення на клітинному рівні.
Від дії електромагнітних випромінювань використовують такі засоби і заходи захисту:
часом;
відстанню;
екранізацією джерел випромінювання;
зменшенням випромінювання безпосередньо в самому джерелі випромінювання;
екрануванням робочих місць;
засобами індивідуального захисту;
виділенням зон випромінювання.
Інфрачервоне (ІЧ) випромінювання – частина електромагнітного спектра з довжиною хвилі 760 нм – 540 мкм, енергія якого при поглинанні викликає у речовині тепловий ефект.
Джерела ІЧ-випромінювання поділяються на природні і штучні. До природних джерел інфрачервоного випромінювання належать природна радіація Сонця, неба. Штучні джерела - будь-які джерела, температура яких вища за температуру поверхні, що підлягає опроміненню (для людини всі поверхні з температурою вищою 36–37°С).
Ефект дії інфрачервоного випромінювання залежить від довжини хвилі, яка зумовлює глибину проникнення. При інтенсивній дії на непокриту голову може виникнути так званий сонячний удар, який супроводжується головним болем, запамороченням, прискоренням дихання, втратою свідомості, порушенням координації рухів, тяжкими ураженнями мозкових тканин аж до вираженого менінгіту та енцефаліту.
Ультрафіолетове (УФ) випромінювання – частина спектра електромагнітних коливань з довжиною хвилі 6 – 390 нм. Особливістю ультрафіолетового випромінювання є висока сорбційність – їх поглинає більшість тіл.
Штучними джерелами ультрафіолетового випромінювання виступають:
електрозварювання;
електроплавлення сталі;
апаратура електрозв’язку;
станції радіомовлення.
УФ–випромінювання, становлячи 5% густини потоку сонячного випромінювання, є життєво необхідним фактором, який сприятливо впливає на організм людини, знижує його чутливість до деяких негативних впливів. Забруднення атмосфери великих міст спричиняє зниження сонячної УФ-радіації і викликає проблему дефіциту УФ–опромінення. В той же час УФ–випромінювання довжиною хвилі 6–20 нм (дальній діапазон) має дуже велику енергію і є згубним для людини, але у природних умовах ці хвилі поглинаються озоновим шаром атмосфери і на поверхні Землі вони практично відсутні.
Усі дії людини та всі компоненти середовища існування (перш за все технічні засоби та технології) мають властивість генерувати поряд із позитивними характеристиками і результатами небезпечні і шкідливі фактори. Таким чином, існуючи в умовах навколишнього середовища, людина потребує захисту від небезпечного його впливу та наслідків своєї діяльності.