Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы техносферной безопасности на водном транспорте. Учебное пособие
.pdf
используется единица Беккерель (Бк), она соответствует одному распаду в
секунду. Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во
времени благодаря их распаду. Скорость распада принято характеризовать
периодом полураспада - это время, за которое число радиоактивных ядер
определенного типа уменьшится в 2 раза.
Для радионуклида с периодом полураспада 1 ч это означает, что через 1
ч его количество станет меньше первоначального в 2 раза, через 2 ч — в 4,
через 3 ч — в 8 раз и т.д., но полностью не исчезнет никогда. В такой же
пропорции будет уменьшаться и радиация, излучаемая этим веществом.
Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если
знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию
в данном месте в данный момент времени.
У каждого радионуклида свой период полураспада, он может составлять
как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада
данного радионуклида постоянен и изменить его невозможно. Образующиеся
при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть
радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим
происхождением радиоактивному урану-238. Иногда встречаются
утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся
за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов
полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных
радионуклидов и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в
1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.
Различают естественную и техногенную радиоактивность.
Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она
присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на
Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до
возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли
с самого ее появления. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях
человеческого тела одним из главных источников природной радиации
являются калий-40 и рубидий-87. Существенный вклад в облучение человека
вносит радон и продукты его распада.
Основным источником этого радиоактивного инертного газа является
земная кора. Проникая через трещины и щели в фундаменте, полу и стенах,
радон задерживается в помещениях. Другой источник радона в помещении —
это сами строительные материалы (бетон, кирпич и т.д.), содержащие
естественные радионуклиды, которые являются источником радона. Радон
может поступать в дома также с водой (особенно если она подается из
артезианских скважин), при сжигании природного газа и т.д. Радон в 7,5 раз
тяжелее воздуха. Как следствие, концентрация радона в верхних этажах
многоэтажных домов обычно ниже, чем на первом этаже.
Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в
закрытом, непроветриваемом помещении; регулярное проветривание может
снизить концентрацию радона в несколько раз. При длительном поступлении
радона и его продуктов в организм человека многократно возрастает риск
возникновения рака легких.
Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой
деятельности. Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой
происходит перераспределение и концентрирование естественных
радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного
радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля,
нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных
удобрений, добыча и переработка руд. Такой вид транспорта, как гражданская
авиация подвергает своих пассажиров повышенному воздействию
космического излучения. И, конечно, свой вклад вносят испытания ядерного
оружия, предприятия атомной энергетики и промышленности. Безусловно,
возможно и случайное (неконтролируемое) распространение радиоактивных
источников: аварии, потери, хищения, распыление и т.п.
На Земле существуют населенные области с повышенным
радиационным фоном. Это, например, высокогорные города Богота, Лхаса,
Кито, где уровень космического излучения примерно в 5 раз выше, чем на
уровне моря. Это также песчаные зоны с большой концентрацией минералов,
содержащих фосфаты с примесью урана и тория — в Индии (штат Керала) и
Бразилии (штат Эспириту-Санту). Хотя в некоторых из этих районов
мощность поглощенной дозы в 1000 раз превышает среднюю по поверхности
Земли, обследование населения не выявило сдвигов в структуре
заболеваемости и смертности. Кроме того, даже для конкретной местности не
существует «нормального фона» как постоянной характеристики, его нельзя
получить как результат небольшого числа измерений.
В любом месте, даже для неосвоенных территорий, где «не ступала нога
человека», радиационный фон изменяется от точки к точке, а также в каждой
конкретной точке со временем. Эти колебания фона могут быть весьма
значительными. В обжитых местах дополнительно накладываются факторы
деятельности предприятий, работы транспорта и т.д. Например, на
аэродромах, благодаря высококачественному бетонному покрытию с
гранитным щебнем, фон, как правило, выше, чем на прилегающей местности.
В городе Москве типичные значение фона на улице (открытой местности) —
8–12 мкР/ч, в помещении — 15–20 мкР/ч.
В отношении радиоактивности существует очень много норм —
нормируется буквально все. Во всех случаях проводится различие между
населением и персоналом, т.е. лицами, чья работа связана с радиоактивностью
(работники АЭС, ядерной промышленности и т.п.). Вне своего производства
персонал относится к населению. Для персонала и производственных
помещений устанавливаются свои нормы, опираясь на Федеральный Закон от
05.12.96. № 3-ФЗ «О радиационной безопасности населения» «Нормы
радиационной безопасности» (НРБ-99/2009), Санитарные правила и
нормативы СанПиН 2.6.1.2523-09.
Основная задача радиационного контроля (измерений радиации или
радиоактивности) состоит в определении соответствия радиационных
параметров исследуемого объекта (мощность дозы в помещении, содержание
радионуклидов в строительных материалах и т.д.) установленным нормам.
Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две
следующие категории:
- соматические (телесные) — возникающие в организме человека,
который подвергался облучению;
- генетические — связанные с повреждением генетического аппарата и
проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки
и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или
водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму.
Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но
они облучают не только легкие, а также распространяются по организму.
Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности способны облучить
организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.
Ионизирующее излучение — это только один из сотен факторов,
которые могут оказывать серьезное влияние на здоровье людей. Степень
ущерба, вызываемого радиационным облучением, зависит от многих
показателей, например, от дозы облучения, ее мощности, типа радиации, части
тела, подвергнутого облучению, возраста и здоровья человека. Также по
истечении многих лет после облучения человека могут проявляться факторы,
приводящие к потенциальной причине возникновения у него рака и
появлению других болезней.
С другой стороны, большие дозы радиации, направленные на опухоль,
используются в лучевой терапии, чтобы подавить злокачественные клетки.
Наиболее высокие дозы используются для того, чтобы уничтожить вредные
бактерии в продуктах питания, стерилизовать медицинское оборудование.
Различные органы человеческого тела по-разному реагируют на облучение и
обладают разной чувствительностью к радиационному воздействию.
Одна из первых систем регистрации воздействия радиации на здоровье
человека была организована в Японии после атомной бомбардировки городов
Хиросима и Нагасаки в 1945 г. Начало крупномасштабным
эпидемиологическим исследованиям последствий ядерного взрыва было
положено в 1948 г. по решению Правительства Японии. Юридической
основой таких исследований является регистр — организация, собирающая и
анализирующая состояние здоровья облученного населения. Число внесенных
в регистр Хиросимы и Нагасаки лиц, переживших атомную бомбардировку,
составляло 86,5 тыс. человек, которые находятся под постоянным
медицинским наблюдением. На основе опыта, полученного японскими
специалистами, в России сразу после аварии на ЧАЭС был создан
Национальный чернобыльский регистр. По выводам медиков заболеваемость
растет больше всего по тем категориям заболеваний, которые как раз с
радиацией никак не связаны — в основном, сердечнососудистые, а сердце,
наверное, самый невосприимчивый к гамма-излучению орган человеческого
тела.
К 60-м годам прошлого столетия были сформулированы следующие
общие принципы действия радиации на живые системы:
- принцип отсутствия пороговой дозы;
- принцип накопления дозы в течение жизни особи;
- принцип удваивающей дозы.
Первый принцип свидетельствует, что абсолютно безопасных для
живых организмов доз излучения не существует и любое радиационное
воздействие может вызвать генетические изменения у потомков облученного
родителя. Суть второго принципа состоит в том, что дозы, полученные
организмом в течение жизни, накапливаются, поэтому, чем больше ее
продолжительность, тем более тяжелые последствия как для организма, так и
его потомства следует ожидать.
Принцип удваивающей дозы введен для сопоставления относительного
эффекта генетических нарушений, возникших в результате естественного
мутационного процесса и индуцированного радиационным воздействием.
7. Инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее
спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны
λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1-2 мм).
Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:
- коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;
- средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;
- длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм.
Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением,
поскольку инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается
кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом,
зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина
волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного
тела при относительно невысоких температурах лежит в основном именно в
этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или
ионы.
Инфракрасные лучи применяются в медицинских целях, если излучение
не слишком сильно. Они положительно влияют на организм человека.
8. Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение — электромагнитное излучение,
занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и
рентгеновским излучением (380–10 нм, 7,9×10
14-
3×1016 Гц). Диапазон условно
делят на ближний (380–200 нм) и дальний, или вакуумный (200–10 нм)
ультрафиолет. Последний так назван, поскольку интенсивно поглощается
атмосферой и исследуется только вакуумными приборами.
Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх
спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда
выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:
- ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (315-400 нм);
- УФ-B лучи (280-315 нм);
- дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (100-280 нм).
9. Лазерное излучение
Лазерное излучение представляет собой электромагнитное излучение,
которое может быть как видимым, так и невидимым. Видимость (невидимость)
лазера определяется длиной волны его излучения. Длина волны лазеров
практически соответствует длине волн видимого света, а также инфракрасного
диапазона волн.
Лазер — оптический квантовый генератор, а само слово является
аббревиатурой слов английской фразы «Усиление света в результате
вынужденного усиления».
Свет от обычной лампы рассеивается в большой области пространства и
его интенсивность убывает по мере удаления от источника излучения.
Лазерный же луч так сильно сфокусирован, что значительное количество
фотонов одновременно попадает в незначительную по размерам точку. И
поскольку сечение лазерного луча очень мало в этой области концентрируется
огромная энергия. Таким образом, даже незначительный по мощности источник
света создает высочайшую плотность энергии в малом объеме пространства, а,
значит, луч лазера обладает высокой интенсивностью.
Направленность лазерного луча создается оптической системой, точнее
сказать двумя зеркалами, образующими оптический канал. Чаще всего в
лазерах имеется два зеркала: полностью отражающее и полупрозрачное, между
которыми находится источник света и возбужденная среда. Лазерный луч
проходит через возбужденную среду лазера, его амплитуда увеличивается при
сохранении синфазности излучения, попадает на полностью отражающее
зеркало и меняет свое направление на обратное. Отраженный луч снова
проходит через возбужденную среду, еще больше усиливаясь. Далее попадает
на полупрозрачное зеркало, и так как интенсивность луча пока еще
незначительная, отражается от полупрозрачного зеркала, снова проходит через
возбужденную среду и т.д. Когда луч будет достаточно усилен и его мощность
станет высокой, полупрозрачное зеркало пропускает луч наружу, после чего он
может проходить значительные расстояния без особой потери энергии, так как
лучи являются практически параллельными.
Своеобразие лазерного излучения приводят к тому, что луч лазера по
особому воздействует на сетчатку человеческого глаза. Вся энергия лазерного
луча фокусируется в одну точку, в то время как свет от обычного
некогерентного источника воздействует на относительно большую площадь
сетчатки (рис.3.1).
Рисунок 3.1 Особенности лазерного излучения
Поэтому источник лазерного излучения с мощностью в десяток
милливатт может привести к разрушению сетчатки и полной потере зрения, в
то время как свет от лампы мощностью в сотню Ватт (в тысячу раз мощнее
лазерного источника) спокойно переносится человеком.
В современной электронной технике применяются в основном
полупроводниковые лазеры. Их световой поток может быстро переключаться с
высокой частотой без прекращения вынужденного излучения, что делает их
пригодными и особенно удобными для применения в средствах связи, в
средствах считывания информации и в печатающих устройствах. Все эти
области применения лазеров характеризуются высокими частотами повторения
световых импульсов.
Ввиду того, что физические особенности лазерного излучения приводят к
возникновению опасности получения человеком травм различной тяжести,
разнообразные правительственные агентства, службы сертификации и
санитарного контроля разрабатывают системы классификации и нормативы
безопасности при работе с лазерами. Наиболее известной и чаще используемой
является классификация, состоящая из четырех классов безопасности лазерных
систем.
Класс безопасности I (лазеры сверхмалой мощности). Лазеры этого
класса считаются полностью безопасными для человека. К этому классу
относятся лазеры и лазерные системы, которые ни при каких условиях
облучения, присущих данному лазерному прибору, не могут излучать световой
поток c уровнем, превышающим предельные величины облучения для глаз, т.е.
лазерные системы класса I не могут причинить вреда человеку. К этому классу
относятся лазеры мощностью менее 0,39 мВт.
Подавляющее большинство разработчиков устройств на основе лазеров
проектируют свои изделия таким образом, чтобы они относились к классу I. Но
при ремонте, когда специалисты, производящие работы получают доступ
непосредственно к лазеру, вся безопасность системы нарушается, и устройство
смело можно относить уже к другой, более опасной, группе.
Класс безопасности II (лазеры малой мощности). Лазеры и лазерные
системы этого класса должны генерировать видимый лазерный луч, слишком
яркий для того, чтобы можно было смотреть на него (пусть даже короткий
период времени). Не считается опасным мгновенный взгляд на луч. Если луч
лазера этого класса попадает в глаз, то, быстро закрыв глаз, можно избежать
любого, даже малейшего повреждения зрения. Мощность лазеров этого класса
составляет менее 1 мВт. Как правило, при попадании лазерного луча в глаз
человек инстинктивно стремится закрыть глаза, что в случае лазеров класса II
защитит от травм. Однако если намеренно продолжать смотреть на лазер, то
луч класса безопасности II может вызвать повреждение зрения (обычно
временное).
Кстати, большинство лазерных указок, свободно продаваемых на
прилавках детских игрушек, относится именно к лазерам этого класса.
Зафиксированы случаи использования их в хулиганских целях подростками, в
частности, в Ростове-на-Дону и в Московской области для облучения летчиков
взлетающих самолетов.
Класс безопасности III (лазеры средней мощности). Лазеры и лазерные
системы этого класса могут излучать любые длины волн, но не могут создавать
опасное рассеянное отражение (отражение во многих направлениях), если
только они не сфокусированы или их действие не наблюдается в течение
продолжительного времени в ограниченной области. Эти лазеры и лазерные
системы не считаются пожароопасными и не опасны для кожного покрова
человека, смотреть прямо на луч опасно
Класс безопасности III разделяется на два подкласса: IIIA IIIB. К
подклассу IIIA относятся лазеры и лазерные системы, которые при обычных
условиях не представляют опасности, если смотреть на них без защиты только
мгновенно. Они могут представлять опасность, если смотреть не них через
оптические фокусирующие системы. К подклассу IIIB относятся лазеры и
лазерные системы, которые могут вызвать травмирование зрения при прямом
взгляде на луч. Травму может вызвать и направленное отражение луча,
например от зеркала. Как уже говорилось выше, подавляющее большинство
лазеров для лазерных принтеров относится именно к этому классу
безопасности.
Класс безопасности IV (лазеры большой мощности). Лазеры этого
класса создают прямую опасность здоровью человека, как при направленном,
так и при рассеянном отражении луча. Кроме того, лазеры этого класса могут
быть пожароопасными и могут вызывать ожоги кожного покрова человека.
Мощность лазеров каждого класса в обобщенном виде представлена в
табл. 3.1.
Таблица 3.1
Класс безопасности лазерного излучения в зависимости от мощности лазера
Класс безопасности Мощность лазера
Класс I Менее 0.39 мВт
Класс II Менее 1 мВт
Класс IIIA Менее 5 мВт и 2.5 мВт/см
Класс IIIB Более 5 мВт но менее 0.5 Вт
Класс IV Более 0.5 Вт
10. Электрический ток
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в
проводнике. Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое
поле, под действием которого заряженные частицы придут в движение.
Электрические заряды всегда возникают при тесном контакте различных
веществ. Если тела твердые, то их тесному соприкосновению препятствуют
микроскопические выступы и неровности, которые имеются на их поверхности.
При сдавливании таких тел и притирке, их друг к другу происходит сближение
их поверхностей, которые без нажима соприкасались бы только в нескольких
точках. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться
между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае тела
называют «проводники», а во втором — «диэлектрики, или изоляторы».
Проводниками являются все металлы, водные растворы солей и кислот и др.
Примерами изоляторов могут служить янтарь, кварц, эбонит и все газы,
находящиеся в нормальных условиях.
Условно все тела делятся на проводники и диэлектрики, так как все
вещества в большей или меньшей степени проводят электричество.
Электрические заряды бывают положительными и отрицательными. Такого
рода ток просуществует недолго, потому что в наэлектризованном теле
кончится заряд. Для продолжительного существования электрического тока в
проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей
используются источники электротока. Самый простой случай возникновения
электрического тока — это когда один конец провода соединен с
наэлектризованным телом, а другой — с землей.
Количество электричества и сила тока. Действия электрического тока
могут быть сильными или слабыми. Сила действия электрического тока зависит
от величины заряда, который протекает по цепи за определенную единицу
времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к
другому, тем больше общий заряд, перенесенный электронами.
От количества электричества зависит, в частности, химическое действие
электрического тока, т. е. чем больший заряд прошел через раствор
электролита, тем больше вещества осядет на катоде и аноде. В связи с этим
количество электричества можно подсчитать, взвесив массу отложившегося на
электроде вещества и зная массу и заряд одного иона этого вещества.
Силой тока называется величина, которая равна отношению
электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к
времени его протекания. Единицей измерения заряда является кулон (Кл),
время измеряется в секундах (с). В этом случае единица силы тока выражается
в Кл/с. Такую единицу называют ампером (А).
Электрическое напряжение. Электрический ток представляет собой
упорядоченное движение заряженных частиц — электронов. Это движение
создается при помощи электрического поля, которое совершает при этом
определенную работу. Это явление называется работой электрического тока.
Для того чтобы переместить больший заряд по электрической цепи за 1 с,
электрическое поле должно выполнить большую работу. Исходя из этого,
очевидно, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но
существует и еще одно значение, от которого зависит работа тока. Эту
величину называют напряжением.
Напряжение — это отношение работы тока на определенном участке
электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи. Работа
тока измеряется в джоулях (Дж), заряд — в кулонах (Кл), поэтому единицей
измерения напряжения является 1 Дж/Кл. Данную единицу назвали вольтом (В).
Для того, чтобы в электрической цепи возникло напряжение, нужен
источник тока. При разомкнутой цепи напряжение имеется только на клеммах
источника тока. Если этот источник тока включить в цепь, напряжение
возникнет и на отдельных участках цепи. В связи с этим появится и ток в цепи,
т.е. если в цепи нет напряжения, то нет и тока.
Электрическое сопротивление. После подключения в электрическую
цепь всевозможных проводников и амперметра можно заметить, что при
использовании разных проводников амперметр выдает разные показания, т. е. в
этом случае сила тока, имеющаяся в электрической цепи, разная. Это явление
объясняется тем, что разные проводники имеют разное электрическое
сопротивление, которое представляет собой физическую величину, измеряемую
в Омах. Самое малое удельное электрическое сопротивление имеет медь, самое
большое — сплав металлов. Кроме этого, большим удельным сопротивлением
обладают диэлектрики (изоляторы).
Электрическая емкость. Известно, что два изолированных друг от друга
проводника могут накапливать электрические заряды. Это явление
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]