- •1 Современная система войсковых технических средств защиты, ее роль и место в боевом обеспечении войск
- •2.1 Защита от поражающих факторов ядерного оружия
- •2.2 Защита от химического оружия
- •2.3 Защита от биологического оружия
- •2.4 Защита от зажигательных веществ
- •3 Назначение и классификация средств защиты
- •3.1 Классификация средств защиты
- •4 ТеорИя и техника средств и способов защиты от ингаляционных поражений аэрозолями физиологически активных веществ
- •4.1 Характеристика и свойства физиологически активных аэрозолей
- •4.1.1 Понятие об аэрозолях, их классификация и некоторые свойства
- •4.1.2 Основные виды физиологически активных аэрозолей
- •4.1.3 Другие виды физиологически активных аэрозолей
- •4.2 Фильтрация аэрозолей волокнистыми фильтрующими материалами
- •4.2.1 Роль фильтрующих материалов в процессе очистки воздуха от аэрозолей физиологически активных веществ
- •4.2.1.1 Причины плохой фильтрации аэрозолей поглощающим слоем (шихтой) противогаза
- •4.2.1.2 Основные компоненты современных фильтрующих материалов
- •4.2.1.3 Типы фильтрующих материалов, применяемых в средствах защиты
- •4.2.2 Качественные представления теории фильтрации аэрозолей
- •4.3 Эффективность фильтрации. Уравнение фильтрации и его анализ
- •4.3.1 Эффективность осаждения аэрозольных частиц
- •4.3.2 Анализ уравнения фильтрации
- •4.4 Оптимизация защитных и эксплуатационных свойств противоаэрозольных фильтров. Критерий фильтрации
- •4.4.1 Коэффициент проницаемости и аэродинамическое сопротивление противоаэрозольных фильтров, их зависимость от различных факторов
- •4.4.2 Селективные свойства фильтрующих материалов
- •4.4.3 Критерий фильтрации
- •5 Теория и техника средств и способов защиты от ингаляционных поражений парами физиологически активных веществ
- •5.1 Основные принципы поглощения паров и газов. Сорбенты, применяемые в современных средствах защиты
- •5.1.1 Необходимость использования сорбционных процессов при очистке воздуха в средствах защиты
- •5.1.2 Виды сорбции паров и газов
- •5.2 Сорбенты, применяемые в современных средствах защиты
- •5.2.1 Пористая структура сорбентов
- •5.2.2 Основные виды сорбентов
- •5.3 Основы производства углеродных адсорбентов
- •5.3.1. Сырье для производства активных углей
- •5.3.2. Причины формирования микропористой структуры активных углей
- •5.3.3 Технология получения гранулированного активного угля
- •5.3.3.1 Основные стадии производства гранулированного активного угля Технологическая схема производства гранулированного активного угля представлена на рисунке 5.2.
- •5.3.3.2 Методы активирования углеродных сорбентов
- •5.3.4 Типы микропористой структуры активных углей
- •5.3.5 Получение углей-катализаторов
- •5.4 Требования к сорбентам средств защиты по поглощающим свойствам
- •5.5 Теоретические представления о физической адсорбции. Основы теории объемного заполнения микропор
- •5.5.1 Силы межмолекулярного взаимодействия при физической адсорбции
- •5.5.2 Зависимости, характеризующие физическую адсорбцию
- •5.5.3 Основы теории объемного заполнения микропор
- •5.5.3.1 Основные положения теории объемного заполнения микропор
- •5.5.4 Анализ уравнения Дубинина-Радушкевича
- •5.5.4.1 Влияние на величину адсорбции условий поглощения
- •5.5.4.2 Влияние на величину адсорбции параметров микропористой структуры адсорбента
- •5.5.4.3. Влияние на величину адсорбции физико-химических свойств веществ
- •5.5.5 Каталитический и хемосорбционный принципы поглощения паров и газов. Основные реакции
- •5.5.5.1 Каталитическая адсорбция паров тх
- •5.5.5.2 Химическая адсорбция паров тх
- •6 Теоретические основы прогнозирования возможностей средств защиты по поглощению паров физиологически активных веществ
- •6.1 Основные понятия динамики адсорбции. Стадии динамики адсорбции
- •6.1.1 Общее представление о процессе поглощения слоем сорбента примеси из потока воздушного потока
- •6.1.2 Основные понятия динамики адсорбции
- •6.2 Неравновесная динамика адсорбции с учетом продольной диффузии и без нее. Уравнение Шилова
- •6.2.1 Кинетика адсорбции
- •6.2.2 Продольный перенос вещества
- •6.2.3 Уравнение Шилова и его анализ
- •6.3 Математические модели динамики адсорбции паров
- •Таким образом, уравнение материального баланса примет вид
- •7 Теоретические основы устройства лицевых частей и герметизации подмасочного пространства
- •7.1 Причины поступления зараженного воздуха в подмасочное пространство
- •7.1.1 Коэффициент подсоса лицевых частей
- •7.1.2 Подсос воздуха через полосу обтюрации
- •7.1.3 Подсос воздуха через клапаны выдоха
- •7.2 Влияние конструктивных особенностей лицевых частей на их защитные и эргономические характеристики
- •7.3 Методы оценки коэффициента подсоса лицевых частей
- •7.4 Современные средства индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующего типа
- •7.4.1 Общевойсковой фильтрующий противогаз пмк-2
- •7.4.2 Защитный комплект пкр
- •7.4.2.1 Противогаз пмк-3
- •7.4.2.2 Общевойсковой универсальный респиратор роу
- •7.4.3 Специальные противогазы фильтрующего типа
- •7.4.3.1. Специальный фильтрующий противогаз ракетных войск прв-м
- •7.4.3.2 Специальный фильтрующий противогаз пфр-м
- •7.4.3.3 Авиационный летный фильтрующий противогаз пфл
- •7.5 Гражданские средства индивидуальной защиты органов дыхания
- •7.5.1 Противогаз гражданский гп-7 (гп-7в)
- •7.5.2 Противогаз гражданский гп-7вм-с
- •Фильтрующе-поглощающая коробка гп-7к-с (ту 2568-118-05795731-2002) предназначена для очистки воздуха, вдыхаемого человеком, от отравляющих веществ, радиоактивной пыли и бактериальных аэрозолей.
- •7.5.3 Гражданский противогаз гп-7вм
- •7.5.4 Противогаз фильтрующий вк
- •7.5.5 Универсальная защитная система вк (узс вк)
- •7.5.6 Дополнительный патрон дпг-3 вр
- •7.6 Промышленные средства индивидуальной защиты органов дыхания
- •7.6.1 Промышленный противогаз модульного типа ппфм-92
- •7.6.2 Промышленный противогаз малого габарита пфмг-96
- •7.6.3 Промышленный противогаз среднего габарита пфсг-98 Супер
- •7.6.4 Промышленные фильтрующие респираторы
- •7.6.4.1 Респиратор противогазовый рпг-67
- •7.6.4.2 Респиратор универсальный ру-60м
- •7.6.4.3 Респиратор ф-62ш
- •7.6.5 Промышленные фильтрующие средства защиты органов дыхания от радиоактивных веществ
- •7.6.6 Перспективы развития средств индивидуальной защиты органов дыхания
- •8 Процесс регенерации воздуха и инженерные основы устройства изолирующих дыхательных аппаратов
- •8.1 Физические и физико-химические процессы при регенерации воздуха
- •8.1.1 История развития дыхательных аппаратов, использующих принцип регенерации воздуха
- •8.1.2 Необходимость использования изолирующих дыхательных аппаратов
- •8.1.3 Основы регенерации воздуха
- •8.2 Регенеративные продукты. Основные реакции регенерации в пусковых брикетах и блоковых продуктах
- •8.3. Принципы устройства изолирующих дыхательных аппаратов. Требования к изолирующим дыхательным аппаратам
- •8.3.1. Общие сведения об изолирующих дыхательных аппаратах
- •Рассмотрим особенности устройства изолирующих дыхательных аппаратов на сжатом воздухе. Схема устройства ида, работающего на сжатом воздухе показана на рисунке 8.2.
- •8.3.2 Требования к изолирующим дыхательным аппаратам
- •8.3.3 Принципы обеспечения защиты органов дыхания, реализуемые в ида на химически связанном кислороде
- •8.3.4 Расчет продолжительности работы регенеративного патрона
- •8.4 Назначение, принцип действия, устройство, комплектность и ттх изолирующих дыхательных аппаратов, находящихся на снабжении Российской Армии
- •8.4.1 Изолирующий дыхательный аппарат ип-4м
- •8.4.2 Изолирующий дыхательный аппарат ип-5
- •8.4.3 Портативный дыхательный аппарат пда-3
- •8.5 Промышленные изолирующие респираторы и самоспасатели
- •8.5.1 Респиратор изолирующий регенеративный на сжатом кислороде р-300
- •8.5.2 Самоспасатели изолирующие на химически связанном кислороде
- •8.5.2.1 Портативное дыхательное устройство пду-3
- •8.5.2.2 Самоспасатель промышленный изолирующий спи-20
- •8.6 Противогазы шланговые
- •9 Теория и техника средств и способов защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва
- •9.1 Проблема защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва
- •9.1.1 Характеристика светового излучения ядерного взрыва
- •9.1.1.1 Параметры светящейся области ядерного взрыва
- •9.1.1.2 Параметры светового излучения ядерного взрыва
- •9.1.1.3 Параметры облучения
- •9.1.1.4 Необходимость защиты глаз от сияв
- •9.1.1.5 Основные поражения органов зрения сияв
- •9.2 Принципы и способы защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва, их реализация в современных образцах
- •9.2.1 Принципы защитного действия средств защиты глаз
- •9.2.2 Средства защиты глаз от сияв
- •9.3 Требования к средствам индивидуальной защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва
- •10 Теория и техника средств и способов защиты кожных покровов от светового излучения ядерного взрыва и зажигательного оружия
- •10.1 Характеристика основных термических поражающих факторов. Требования к средствам защиты кожи от сияв
- •10.1.1 Проблема защиты кожных покровов от сияв
- •Требования к средствам защиты кожи от сияв:
- •10.1.2 Проблема защиты кожных покровов от теплового излучения горящих зажигательных веществ
- •10.2 Общие представления о механизмах теплопереноса и массопереноса в материалах средств защиты кожи
- •10.2.1 Механизмы теплопереноса и массопереноса в защитных материалах средств защиты кожи при воздействии сияв и теплового излучения
- •10.3 Принципы защиты кожных покровов от сияв и теплового излучения горящих зажигательных веществ, их реализация в средствах защиты кожи
- •11 Теоретические основы защиты кожных покровов от радиоактивных веществ и биологических аэрозолей
- •11.1 Проблема защиты кожных покровов от радиоактивных веществ
- •11.1.1 Понятие радиоактивности
- •11.1.2 Источники радиоактивного загрязнения кожных покровов
- •11.1.3 Необходимость защиты кожи от радиоактивных веществ
- •11.2 Принципы и способы защиты кожи от радиоактивных веществ, их реализация в современных образцах
- •11.2.1 Принципы обеспечения защиты кожи от радиоактивных веществ
- •11.2.2 Материалы для средств защиты кожи от радиоактивных веществ
- •11.3 Проблема и особенности защиты кожи от биологических аэрозолей
- •11.3.1 Характеристики биологического аэрозоля как поражающего фактора
- •11.3.2 Пути поступления биологических агентов к кожным покровам
- •11.3.3 Требования к средствам защиты кожи по обеспечению защиты от биологических аэрозолей
- •12 Теория и техника средств и способов защиты кожных покровов от тх и ахов средствами защиты кожи фильтрующего типа
- •12.1 Проблема защиты кожи от физиологически активных веществ
- •12.2 Защита кожных покровов от физиологически активных веществ фильтрующими материалами
- •12.2.1 Принципы защиты кожи от паров тх
- •12.2.2 Защитные свойства фильтрующих материалов от паров тх
- •12.2.3 Защитные свойства фильтрующих материалов от капель тх
- •12.3 Механизм и математические модели массопереноса физиологически активных веществ в средствах индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа
- •12.3.1 Механизм проникания капель тх сквозь материалы сизк фильтрующего типа
- •12.3.2 Механизм проникания паров тх в фильтрующих средствах защиты кожи и закономерности подвода
- •12.3.3 Механизм и закономерности поглощения паров тх
- •12.3.4 Кинетика проникания паров тх сквозь фильтрующий защитный материал
- •12.4 Современные средства индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа личного состава Российской Армии и перспективы их развития
- •12.4.1 Общевойсковой комплексный защитный костюм модернизированный окзк-м и десантный окзк-д
- •12.4.2 Комплект защитной фильтрующей одежды кзфо
- •«Атом» и «газы»
- •12.4.3 Комплект защитной одежды кзо-т
- •12.4.4 Комплект защитной одежды кзо-л
- •12.4.5 Комплект одежды защитной фильтрующей фзо-р
- •12.5 Перспективы развития средств индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа
- •12.6 Промышленные средства индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа
- •12.6.1 Промышленные средства индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа от токсичных и агрессивных веществ
- •12.6.2 Промышленные средства индивидуальной защиты кожи от радиоактивных веществ и ионизирующих излучений
- •13 Теория и техника средств и способов защиты кожных покровов от тх и ахов средствами защиты кожи изолирующего типа
- •13.1 Материалы для изолирующих средств защиты кожи
- •13.1.1 Основные каучуки и резины, используемые для изготовления материалов средств защиты
- •13.1.2 Пленкообразующие полимеры
- •13.1.3 Краткая характеристика технологий изготовления изолирующих защитных материалов
- •13.1.4 Современные защитные материалы, конструкции и технологии
- •13.1.5 Характеристики основных изолирующих материалов средств защиты кожи
- •13.2 Проникание физиологически активных веществ через изолирующие защитные материалы
- •13.2.1 Причины проникания физиологически активных веществ сквозь полимерные материалы
- •13.3 Влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на время защитного действия изолирующих материалов
- •13.4 Механизмы и математические модели массопереноса отравляющих и аварийно опасных химических веществ в изолирующих материалах
- •13.5 Влияние герметичности изолирующих сизк на их защитные свойства
- •13.6 Современные средства индивидуальной защиты кожи изолирующего типа личного состава Российской Армии и перспективы их развития
- •13.6.1 Общевойсковой защитный комплект озк
- •Костюм легкий защитный л-1
- •13.6.3 Костюм защитный с вентилируемым подкостюмным пространством кзвп-м
- •Защитные свойства кзвп-м обеспечиваются:
- •13.6.4 Другие виды специальных сизк изолирующего типа
- •13.6.5. Перспективы развития средств индивидуальной защиты кожи изолирующего типа
- •13.6.5.1 Костюм защитный с вентилируемым подкостюмным пространством сиз-2 упв
- •13.6.6 Промышленные средства защиты кожи изолирующего типа
- •13.6.6.1 Костюм изолирующий химический ких-4м
- •13.6.6.2 Костюм изолирующий химический ких-5м
- •13.6.6.3 Изолирующий костюм «металлор-2»
- •13.6.6.4 Комплект защитный аварийный кза-1
- •13.6.6.5 Защитный комплект ч-20
- •13.6.6.6 Изолирующий пневмокостюм км-1
- •13.6.6.7 Изолирующий комплект «кондор»
- •13.6.7 Промышленные средства индивидуальной защиты кожи изолирующего типа от радиоактивных веществ
- •13.6.7.1 Комплект защитный модульного типа зкмт
- •13.6.7.2 Шланговые изолирующие пневмокостюмы типа лг
- •13.6.8 Промышленные средства защиты рук и ног
11 Теоретические основы защиты кожных покровов от радиоактивных веществ и биологических аэрозолей
В условиях применения ядерного оружия проблема обеспечения безопасности кожных покровов не ограничивается только защитой от СИЯВ. Как известно одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва является радиоактивное заражение местности (РЗМ), обусловленное выпадением пыли из радиоактивного облака, масштабы и продолжительность которого в основном определяются видом и мощностью ядерного взрыва. Уже при проведении первых ядерных испытаний было установлено, что воздействие радиоактивных веществ на кожу человека может приводить к тяжелым поражениям. Кроме того, угроза возникновения достаточно обширных зон радиоактивного заражения местности обусловлена возможностью аварий с разрушением (разгерметизацией) ядерных реакторов на объектах атомной энергетики (АЭС).
Также необходимо отметить, что после завершения Второй мировой войны США, воспользовавшись результатами исследований и испытаний биологических средств, проведенных Японией на оккупированной территории Маньчжурии, и основываясь на опыте применения японской армией различных биологических средств против китайских войск и мирного населения в 1940 - 1944 годах, стали рассматривать биологическое оружие как одно из эффективных средств ведения войны, сравнимое по своим возможностям с ядерным и химическим оружием.
Принятие в 1972 году международной Конвенции о запрещении разработки, производства и накопления запасов бактериологического (биологического) и токсинного оружия и об их уничтожении не сняло с повестки дня актуальность проблемы обеспечения защиты личного состава войск от поражающего действия этого вида оружия, поскольку до настоящего времени армии некоторых иностранных государств располагают средствами применения и запасами биологического оружия.
Следовательно, принципы и способы защиты кожных покровов личного состава от радиоактивных веществ от биологических аэрозолей и в настоящее время представляют интерес для специалистов РХБ защиты.
11.1 Проблема защиты кожных покровов от радиоактивных веществ
11.1.1 Понятие радиоактивности
К открытию радиоактивности привело изучение проникающего излучения, обнаруженного в 1896 году А. Беккерелем. Атомы всех изотопов химического элемента образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, другие, называемые радионуклидами, самопроизвольно распадаются. Таким образом, радиоактивность – это самопроизвольный распад неустойчивых атомных ядер, сопровождающийся испусканием корпускулярного или жесткого (γ-кванты) электромагнитного излучения.
Радиоактивные вещества характеризуются общим содержанием радиоактивных атомов – общей активностью, или их концентрацией – удельной активностью. Единица измерения общей активности – беккерель (Бк): один беккерель равен активности радиоактивного вещества, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Внесистемная единица измерения активности – кюри (Kи), которая связана с Бк соотношением: 1 Kи = 3,7·1010 Бк. Удельную активность относят к единице объема, единице массы или количества химического соединения, содержащего радиоактивные атомы.
Радионуклиды всегда существовали и существуют в природе, постоянно находятся в окружающей среде и организме человека. Они подразделяются на естественные и искусственные. При распаде радионуклида выделяется энергия и происходит радиационное облучение, которое в определённых случаях представляет смертельную опасность для человека. При больших дозах оно вызывает поражений тканей, а при малых – может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, проявляющиеся в последующих поколениях человека, подвергшегося облучению. Поражение происходит из-за возникающего в процессе радиоактивного распада излучения. При взаимодействии с атомами и молекулами среды излучения передают им свою энергию. Различные виды излучения по-разному взаимодействуют с веществом. Так, например, альфа- и бета-излучения взаимодействуют в основном с электронами атомов, передают им свою энергию, которая расходуется на ионизацию (отрыв электрона от атома) и возбуждение атома (перевод электрона на более удалённую от ядра оболочку). Число ионизированных и возбуждённых атомов, образуемых альфа-частицей на единице длины пути в среде, в сотни раз больше, чем у бета-частицы. Это обусловлено массой и скоростью частиц: масса альфа-частицы примерно в 7000 раз больше, а скорость в 10 - 15 раз меньше, чем бета-частицы, поэтому и пробег альфа-частицы незначителен, но ионизирующая способность очень большая.
Фотонное или гамма-излучение непосредственно ионизации не производит, но в процессе взаимодействия с атомами среды передаёт часть или полностью свои энергию электронам, которые затем производят ионизацию.
Таким образом, для альфа-, бета- и гамма-излучения конечным эффектом взаимодействия с веществом являются ионизация и возбуждение.
Нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов среды, передавая часть своей энергии до тех пор, пока их энергия не станет равной энергии теплового движения атомов среды. Этот процесс называется упругим рассеянием: ядра, получившие от нейтрона часть кинетической энергии, «вылетает» из электронной оболочки, приобретают положительный заряд и ионизируют атомы среды. В дальнейшем происходит радиационный захват – образовавшийся тепловой нейтрон захватывается одним из атомов среды. В результате образуется изотоп, исходного элемента и испускается фотон.
В случае неупругого рассеяния нейтрон захватывается ядром атома среды, происходит перераспределение энергии между частицами во вновь образуемом ядре и из него вылетает фотон и нейтрон с меньшей энергией, при этом могут происходить те или иные ядерные реакции.
Таким образом, при упругом и неупругом взаимодействии нейтронов с веществом образуются либо заряженные частицы, которые непосредственно ионизируют атом, либо фотонное излучение, ионизирующая способность которого обусловлена вторичными электронами.
Из вышеизложенного следует, что для любого вида ионизирующего излучения первичными процессами, которые происходят в облучаемой среде, являются ионизация и возбуждение атомов, причём разные виды излучений обладают разной проникающей способностью и поэтому оказывают неодинаковое воздействие на ткани человека. Например, альфа-частицы представляют опасность, попав внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом. Бета-излучение проходит в ткани организма на 1 - 2 см, т.е. опасно и при наружном облучении открытых поверхностей. Проникающая способность гамма- и нейтронного излучении очень велика, защита от них возможна только с помощью специальных экранов (подбоев) или убежищ. На рисунке 11.1 приведена принципиальная схема воздействия ионизирующего излучения на ткани организма.
1 2 3 4 5
1 – заряженные частицы; 2 – электрические взаимодействия; 3 – физико-химические изменения; 4 – химические изменения; 5 – биологические эффекты
Рисунок 11.1 – Принципиальная схема воздействия ионизирующего излучения на ткани организма
Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма альфа и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, вблизи которых они проходят. Гамма и нейтронное излучения передают энергию веществу другими способами, которые также, приводят к электрическим взаимодействиям.
Электрические взаимодействия. От атома отрывается электрон, атом становится заряженным положительно (ионизируется). Оторвавшийся электрон может ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения. Свободный электрон и ионизированный атом участвуют в цепи реакции, в результате которых образуются новые молекулы, в том числе и свободные радикалы.
Химические изменения. Образовавшиеся свободные радикалы реагируют друг с другом и с другими молекулами, в результате чего происходит химическая модификация молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты. Биохимические изменения наблюдаются через несколько секунд или десятилетий после облучения и являются причиной немедленной гибели клеток или таких нарушений, которые могут привести к раку.
Чем больше энергии передаётся излучением молекулам веществ, из которых состоит организм человека, тем больше повреждений он получает. Оценка воздействия ионизирующего излучения проводится по величине поглощённой дозы (Д), которая выражается как отношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объёме, к массе вещества в этом объеме. Единица поглощённой дозы - грей (Гр). Один грей равен поглощённой дозе, при которой энергия излучения в количество 1 Дж передаётся облучаемому веществу массой 1 кг. Внесистемной единицей поглощённой дозы является рад: 1 рад = 10-2 Гр. Дозы облучения можно получить от любых радионуклидов, независимо от того, находятся они вне или внутри организма. Считается, что поглощённые дозы порядка 100 Гр вызывают настолько серьёзные поражения центральной нервной системы, что смерть наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах от 10 до 50 Гр смерть наступает через 1 - 2 недели от кровоизлиянии в желудочно-кишечном тракте, дозы 3 - 5 Гр вызывают поражение клеток костного мозга и смерть примерно 50 % поражённых в течение 1 - 2 месяцев.
Поглощённая доза не учитывает разную опасность альфа-, бета-, гамма- или нейтронного излучения, поэтому вводится коэффициент качества k, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Для рентгеновского и гамма-излучения, электронов и бета-излучения k = 1, для альфа-излучения k = 20. В случае нейтронного излучения k зависит от энергии нейтронов; для нейтронов с энергией меньшей 20 кэВ k = 3, в диапазоне 0,1...10 МэВ k = 10. Таким образом, коэффициент качества показывает, например, что при одинаковой поглощённой дозе облучение альфа-частицами в 20 раз опаснее, чем гамма-излучением. Пересчитанная таким образом поглощённая доза называется эквивалентной дозой и измеряется в зивертах (Зв). Один зиверт равен эквивалентной дозе излучение любого вида, которое создаёт такой же биологический эффект, как и поглощённая доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучение. Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр: 1 бэр = 0,01 Зв.
Для работающих в зоне ликвидации последствий аварии на ЧАЭС были установлены следующие соотношения фонового облучения с допустимыми и опасными уровнями облучения человека:
- 4,5 Зв – тяжёлая степень лучевой болезни (погибает 50 % облучённых);
- 1 Зв – нижний уровень развития лёгкой степени лучевой болезни;
- 0,75 Зв – кратковременные незначительные изменения состава крови;
- 0,25 Зв – допустимое аварийное облучение персонала (разовое);
- 50 мЗв – допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год;
- 5 мЗв – допустимое облучение населения в нормальных условиях за год;
- 1 мЗв – фоновое облучение за год.
Для сравнения можно привести следующие значения облучения человека:
- 0,3 Зв – облучение при рентгеноскопии желудка (местное);
- 30 мЗв – облучение при рентгенографии зубов (местное);
- 10 мЗв – облучение при просмотре хоккейного матча по телевизору.
Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака в лёгких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Следовательно, дозы облучения органов и тканей должны учитываться с разными коэффициентами. В настоящее время приняты следующие значения этих коэффициентов; костная ткань и щитовидная железа 0,03; лёгкие и красный костный мозг – 0,12; молочная железа – 0,15; яичники или семенники – 0,25; другие ткани в теле – 0,30; организм в целом – 1,00. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, вычисляют эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в зивертах. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, рассчитывают коллективную эффективную эквивалентную дозу. Существует также понятие ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозы, которую получат многие поколения людей от радиоактивного источника (чел-Зв).
Человек может подвергаться облучению радионуклидами, находящимися не только вне, но и внутри организма. Радионуклиды проникают через лёгкие, кожу, а также с водой и пищей в желудочно-кишечный тракт. При аварии на радиационно опасных объектах наиболее вероятным считается ингаляционный путь проникания радионуклидов. В этом случае важнейшими оценочными критериями опасности является количество и скорость поступления в лёгкие, всасывание и кратность накопления радиоактивных веществ в организме.
При вдыхании воздуха радионуклиды, содержащиеся в нём, задерживаются на всём протяжении дыхательного тракта от преддверия носа до глубоких, альвеолярных отделов лёгких. При этом радионуклиды с аэродинамическим диаметром более 50 мкм достигают только носоглотки и оседают в ней. Частицы диаметром 0.1 - 10 мкм задерживаются в трахее и бронхах, размером менее 0,1 мкм – в альвеолах. В процессе дыхания часть радионуклидов удаляется с выдыхаемым воздухом. Если количество радионуклидов, поступающих в лёгкие, в основном зависит от концентрации их в атмосфере, а скорость поступления – от объёма лёгочной вентиляции, то всасывание и кратность накопления связаны с физическими и химическими свойствами вещества и определяются, в основном, валентностью элемента, способностью к окислению и восстановлению, возможностью образовывать растворимые или нерастворимые в воде гидроксиды, коллоидные и комплексные соединения. Такие радионуклиды, как рубидий, цезий, йод, хлор, ксенон всасываются очень быстро, ещё в процессе дыхания, и поступают в кровеносные сосуды. Другие – цирконий, церий, рутений, уран, плутоний – откладываются в верхних дыхательных путях, трахее, бронхах, в течение нескольких минут или часов перемещаются в рот и глотку, затем в желудок. Если эти радионуклиды достигают альвеол, то они медленно накапливаются в лимфатических узлах лёгкого и трахеи, после чего также медленно поступают в кровь. В настоящее время все радиоактивные элементы и их соединения по скорости выведения из лёгких разбиты на три класса: Д, Н и Г (таблица 11.1). Это означает, что время биологического полувыведения радионуклида из лёгких составляет дни, недели, годы. Общее для всех радионуклидов – они выводятся из лёгких и поступают в кровь, а затем накапливаются в различных органах человека. При хроническом поступлении веществ классов Н и Г происходит накопление радионуклидов в органах дыхания, которые могут стать критическими.
Таблица 11.1 – Показатели, характеризующие скорость выведения радионуклидов из лёгких человека
Класс |
Коэффициент всасывания |
Радионуклиды |
Д |
0,7 - 1,0 |
криптон-85, ксенон-133, йод-131, цезий-134, цезий-137, технеций-132 |
Н |
0,3 - 0,6 |
барий-140, стронций-89, стронций-90, плутоний-238, плутоний-239, плутоний-240, плутоний-241, плутоний-242, кюрий-242, нептуний-239 |
Г |
< 0,2 |
цирконий-95, рубидий-103, рубидий-106, церий-141, церий-144, уран-235, уран-238 |
Другой путь проникания радионуклидов – через кожу. После поверхностного загрязнения кожи радиоактивные вещества проникают в микротрещины, ссадины, потовые и сальные железы или волосяные фолликулы кожи, а также в собственно кожу, где они длительно задерживаются или в результате диффузии достигают кровеносных и лимфатических сосудов, а затем током крови и лимфы разносятся по организму. Процесс проникания не отличается от изложенного выше, разница состоит в величине поверхности кожи, по толщине и наличии на коже защитного слоя в виде эпидермиса, а точнее его рогового и блестящего слоёв. Количество радиоактивных веществ, проникающих через кожу в организм, зависят также от длительности загрязнения, например, увеличение времени контакта кожи человека с йодом-131 с 1 до 48 ч сопровождается в 2 - 3 раза большим накоплением этого радионуклида в организме. Ладонная поверхность кожи в 2 раза менее проницаема, чем кожа передней поверхности предплечья. Очень активно проникают в кожу изотопы трития, в 60 - 25 раз медленнее йода-131, церия-141 и церия-144, цезия-137, ещё медленнее – плутония-208, стронция-89 и стронция-90, урана-235 и урана-238, нептуния-239, кюрия-242.
Скорость проникания радионуклидов из ран в организм зависит от характера ранения. Проникание через колотую рану наибольшее, затем – через открытые кожно-мышечные раны, минимальное – через ссадины. При термических ожогах I степени проникание радионуклидов такое же, как и через неповреждённую кожу, при ожогах II степени – увеличивается вдвое, III степени – увеличивается в 10 раз. Аналогичное изменение проникания наблюдается и при химических ожогах.
При попадании радионуклидов в желудочно-кишечный тракт с пищей и водой также происходит их всасывание и поступление в кровь, а затем в определённые органы, причём скорость этого процесса зависит от валентности элемента, способности к окислению-восстановлению, образованию растворимых в воде гидроксидов, коллоидных и комплексных соединений. Очень быстро (коэффициент всасывания К = 1,0) проникают в организм йод, ксенон, криптон, технеций, цезий, хуже (К = 0,1...0,3) – стронций, барий, уран, молибден; совсем плохо (К < 0,01) – цирконий, рутений, лантан, церий, нептуний, плутоний, кюрий. Последние в течение 1 - 4 суток выводятся из организма и не создают значительных доз облучения. Однако часть этих элементов, поступивших из желудочно-кишечного тракта в организм (менее 0,01 введённого количества), прочно удерживается в тканях. В этом случае скорость выведения их из внутренних органов определяется биологическим периодом полувыведения и составляет в большинстве случаев около 25 лет. Необходимо отметить, что проникание радиоактивных веществ через желудочно-кишечный тракт происходит достаточно быстро и в количествах, соизмеримых с прониканием через кожу.
Попав в организм человека, радионуклиды распределяются по системам, органам и тканям. Оценка суммарного содержания радионуклида в организме, как указано выше, проводится по показателю «кратность накопления», которая рассчитывается как отношение максимально накопленного количества элемента в организме или органе к величине ежедневного поступления. Кратность накопления зависит от скорости всасывания, выведения и периода полураспада радионуклида. Например, кратность накопления в лёгких тория-230, тория-232, урана-235, урана-238, плутония-238, плутония-239 составляет 108…116, циркония-95, церия-144, стронция-50 – 16...18. Время наступления равновесной кратности – 8…9 лет. При поступлении радионуклидов в желудочно-кишечный тракт наибольшая кратность накопления стронция-90 (2430), меньше цезия-104 и цезия-137 (94 и 101 соответственно), стронция-89 (22). Йод-131 имеет значение кратности накопления, равное 11, молибден-99 – 2. Кратность накопления циркония-96, бария-140, церия-144, плутония-238, 239, 241 составляет от 0,008 до 0,8, т.е. эти элементы играют незначительную роль в формировании дозы облучения. При этом стронций накапливается преимущественно в скелете, йод – в щитовидной железе, цезий – в мышцах, молибден – во всем теле. Необходимо отметить, что кратность накопления радионуклидов в организме, проникших при вдыхании и заглатывании, примерно одинакова для легко всасывающихся веществ (тритий, стронций, молибден, цезий). В то же время плутоний, церий, цирконий, ниобий значительно легче проникают в организм при вдыхании, чем при заглатывании. В настоящее время согласно нормам радиационной безопасности НРБ-99 установлены три группы критических органов. К первой отнесены всё тело, гонады и красный костный мозг, ко второй – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезёнка, желудочно-кишечный тракт, лёгкие, хрусталик глаза и др. органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам. К третьей группе относятся кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.
При установлении норм радиационной безопасности необходимо обеспечить защиту от ионизирующего излучения отдельных лиц, их потомства и человечества в целом и в то же время создать соответствующие условия для необходимой практической деятельности человека, во время которой люди могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений. Учитывая, что хроническое облучение больших контингентов населения малыми дозами генетически значительно опаснее облучения небольшой популяции относительно большими дозами, проведено чёткое различие между пределами доз для различных категорий облучаемых лиц. Всего выделено три категории.
Категория А – персонал (лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучении).
Категория Б – ограниченная часть населения (лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников излучения, применяемых в учреждениях и (или) удаляемых во внешнюю среду с отходами).
Категория В – население области, края, республики, страны.
Для лиц категории А основным дозовым пределом установлена предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. ПДД равны 50, 150 и 300 мЗв за календарный год для 1, 2 и 3 групп критических органов соответственно. Для лиц категории Б основным дозовым пределом является предел дозы (ПД) – наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы, при которой равномерное облучение в 2 течение 70 лет не вызовет в состоянии здоровья людей неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. ПД за календарный год установлен равный 5, 15 и 20 мЗв для 1, 2 и 3 групп критических органов соответственно. Дозовые пределы не исключают дозы за счёт естественного фона излучения и рентгенодиагностических процедур. Для лиц категории В дозовые пределы не установлены, но предусмотрено принятие во всех случаях мер по снижении уровней облучения.
Исходя из установленных предельно допустимой дозы и предела дозы, рассчитывается допустимый уровень содержания (ДС) радионуклида в организме. ДС – это усреднённое за год содержание радионуклида в организме (критическом органе), при котором максимальная эквивалентная доза за календарный год равна ПДД для профессионалов (категория А) или ПД для ограниченной части населения (категория Б). В таблице 11.2 приведены значения допустимого содержания в организме человека и критических органах радионуклидов, которые выделяются в воздух при аварии ядерной энергетической установки (ЯЭУ).
Таблица 11.2 – Допустимое содержание радионуклидов
Радионуклид |
Допустимое содержание, Бк |
|||
Все тело |
Лёгкие |
Скелет |
Другие органы |
|
Водород-3 (тритий) |
4,4 107 |
- |
- |
- |
Стронций-89 |
- |
5,6 104 |
1,46 105 |
- |
Стронций-90 |
- |
2,8 104 |
7,4 104 |
- |
Иттрий-91 |
- |
5,2 104 |
1,4 105 |
- |
Цирконий-95 |
6,7 105 |
5,9 104 |
- |
- |
Необий-95 |
1,4 106 |
1,2 105 |
- |
- |
Рутений-106 |
- |
2,2 104 |
- |
- |
Йод-129 |
- |
3,7 105 |
- |
9,25 104 (Щ) |
Йод-131 |
- |
1,04 105 |
- |
7,4 102 (Щ) |
Цезий-134 |
6,7 105 |
5,5 104 |
- |
- |
Цезий-137 |
1,2 106 |
7,4 104 |
- |
3,5 105 (Пе) |
Церий-144 |
- |
2,4 103 |
1,2 104 |
- |
Прометий-147 |
- |
4,4 105 |
1,1 106 |
- |
Европий-154 |
- |
3,6 104 |
1,5 105 |
1,2 104 (По) |
Примечания
1 Лёгкие являются критическим органом при вдыхании труднорастворимых соединений или соединений класса Г.
2 По – почки, Пе – печень, Щ – щитовидная железа
При таком содержании радионуклидов, равномерно распределяемых в организме, поглощённая доза не превышает 60, а задерживающихся в лёгких – 150 мЗв в год. Содержание радионуклидов в организме может определяться прямыми методами по излучению от человека и его органов или косвенными – измерением активности выделений. Если допустимое содержание и кратность накопления этого же вещества в организме или критическом органе известны, то частное от деления этих величин является допустимым ежедневным поступлением в организм данного радионуклида. Для практических расчётов удобнее пользоваться такими понятиями, как «предельно допустимая концентрация радионуклида в воздухе и воде» или более правильное выражение «допустимые объёмные активности (ДОА)».
В таблице 11.3. приведены значения допустимых объёмных активностей в воздухе и воде для профессионалов (категория А) и ограниченной части населения (категория Б), из расчёта, что объём вдыхаемого воздуха за рабочий год составляет 2,5103 м3 для лиц категории А (40-часовая рабочая неделя) и за календарный год 7,3103 м3 для лиц категории Б (168-часовая неделя) и стандартное потребление воды 800 кг в год.
Таким образом, если внешнее облучение действует на организм в целом, то при поступлении радионуклидов внутрь человека в подавляющем большинстве случаев наблюдается неравномерное облучение органов и тканей, связанное с особенностями распределения данного радионуклида в теле и энергией испускаемого излучения (местное облучение). В этом случае процесс облучения растянут во времени. Кроме того, чем больше период полураспада, тем меньше мощность дозы, следовательно, ниже эффективность облучения, поэтому лучевые поражения протекают легче, они менее выражены и имеют более благоприятный исход по сравнению с однократным общим внешним облучением в сопоставимых суммарных дозах. Однако, учитывая большую опасность как внешнего, так и внутреннего облучения, необходимо организовать защиту личного состава таким образом, чтобы облучение не превышало предельно допустимые дозы для персонала АЭС и привлекаемых к ликвидации последствий аварии ЯЭУ или предела дозы для остального населения, находящегося в зоне заражения радионуклидами.
Таблица 11.3 – Допустимые объёмные активности радионуклидов
Радионуклид |
Категория А |
Категория Б |
||
ДОА в воздухе, Бк/м3 |
ДОА в воде, Бк/л |
ДОА в воздухе, Бк/м3 |
ДОА в воде, Бк/л |
|
Водород-3 (тритий) |
8 106 |
5,6 106 |
3,6 104 |
4,3 105 |
Стронций-89 |
2 103 |
2,5 104 |
69 |
2,9 103 |
Стронций-90 |
60 |
2,5 104 |
1,2 |
2,9 103 |
Цирконий-95 |
4 103 |
6,3 104 |
1,2 102 |
7,1 103 |
Необий-95 |
2 104 |
1,0 105 |
4,8 102 |
1,1 104 |
Рутений-106 |
2 102 |
8,8 103 |
4,8 102 |
1,0 103 |
Йод-129 |
1 102 |
2,5 102 |
3,6 |
2,9 103 |
Йод-131 |
7 102 |
1,3 108 |
24 |
1,5 102 |
Цезий-134 |
2 103 |
3,6 103 |
48 |
4,3 102 |
Цезий-137 |
2 103 |
5 103 |
71 |
5,7 102 |
Церий-144 |
2 102 |
1 104 |
6,9 |
1,1 103 |
Прометий-147 |
2 103 |
2,5 108 |
69 |
2,9 104 |
Европий-154 |
3 102 |
2,6 104 |
8,6 |
2,9 103 |
