9.2. Задание на расчет

Задание № 9.2.1. По исходным данным табл. 9.1 рассчитать звукоизоляцию шума однослойной бетонной конструкцией пло­щадью S_к , толщиной h_к и удельной плотностью Р_к c окнами из силикатного стекла толщиной 3 мм (для нечетных вариантов) и 4 мм (для четных вариантов) и площадью S_o. Оценить защиту при воздействии шума интенсивностью в октавных полосах частот L , дБ, проанализировать результаты расчета и обосновать рекомендаций по защите от шума.

9.3. Методические указания по выполнению задания и анализу результатов расчета

Оценку звукоизоляции шума ограждающей конструкцией применяют при разработке средств защиты жилых помещений от улич­ного шума и защиты районов жилой застройки от шума промышленных предприятий.

При расчетах по рис. 9.1...9.3 студент последовательно определяет L в каждой октаве каждого компонента ограждения. Затем он по формуле (9.2) рассчитывает среднюю изоляцию шума конструкцией в целом. Все результаты расчетов студент заносит в табл. 9.2, а также приводит ПДУ шума для ночных условий (берет из табл. 9.3) и находят требуемое снижение уровня шума.

Помимо табл. 9.2 студент представляет общий график, на котором должны быть показаны спектры: 1) воздействующего шу­ма, 2) проникающего шума и 3) ПДУ шума для ночи.

9.4. Инженерные решения по результатам расчета

Инженерные решения по защите от шума для данной ситуации в основном обеспечиваются следующими методами:

I. Повышением изоляции воздушного шума в самом слабом звене ограждающей конструкции – в окнах за счет применения двойно­го остекления, звукопоглощающих переплетов и увеличения толщины стекла (например, 10-миллиметровое стекло в указанных условиях снижает шум в октавной полосе со среднегеометричес­кой частотой 125 Гц на 36 дБ, 250 Гц на 38 дБ, 500 Гц – 39 дБ, 1000 Гц – 47 дБ, 2000 Гц – 54 дБ и 4000 Гц – 55 дБ).

2. Использованием ограждений с большей поверхностной плот­ностью.

3. Экранированием при защите от уличного шума посадками деревьев, посевами трав, нежилыми зданиями и сооружениями. Звукоизоляция таких решений подробно рассмотрена в разделе 8 настоящего пособия и разделе 7 СНиП [ 14 ].

В итоговом заключении студент приводит основные результа­ты расчета звукоизоляции и указывает методы, которые следует применить в первую очередь по защите от шума.

10. Простюзирование зон радиоактивного заражения местности и внутреннего поражения человека при аварийном выбросе на аэс

10.1. Методика прогнозирования

При аварии на АЭС может произойти выброс: 1) парогазовой фазы или 2) продуктов деления ядерного горючего. Первый слу­чай возможен при аварии без разрушения активной зоны ядерно­го реактора с выбросом радиоактивных изотопов (ксенон, крип­тон, йод) на высоту 150...200 м в течение 20...30 мин; второй случай – при аварии с разрушением активной зоны реактора и выбросом продуктов деления на высоту до 1 км (мгновенно) с последующим истечением струей радиоактивного газа на высоту до 200 м. При этом большая часть активности выносится из реактора при истечении этого газа до тех пор, пока не загерметизируют данный реактор. Такие выбросы способствуют радиоак­тивному заражению (РЗ) окружающей среды.

При аварии на АЭС с разрушением реактора (наиболее опас­ный случай) образуются пять зон внешнего РЗ (обозначаются буквами А^/, А, Б, В и Г) и две зоны внутреннего (ингаляци­онного) поражения (обозначаются буквами Д^/ и Д), приведенные на рис. 10.1. Они имеют наименование и обозначение цветом. Так, зона А^/ – зона слабого РЗ, красный цвет; А – зона уме­ренного РЗ, синий цвет; Б – зона сильного РЗ, зеленый цвет; В – зона опасного РЗ, коричневый цвет; Г – зона чрезвычайно опасного РЗ, черный цвет; Д^/ – зона опасного внутреннего по­ражения (ВП), пунктир коричневого цвета; Д – зона чрезвычай­но опасного ВП, пунктир черного цвета.

Длительность заражения местности зависит от периода полу­распада Т_п вещества, применяемого в качестве ядерного горю­чего. Так, для урана-235 Т_п = 700 млн. лет, цезия-137 Т_п = 30 лет и стронция-90 Т_п = 28,6 года. Характер спада уровня радиации (мощности дозы), рад/ч, зависит от времени после аварии на АЭС (Т_ав до и более 3 месяцев) [ 15 ]. В це­лом закон спада уровня радиации таков: за семикратный проме­жуток времени уровень радиации уменьшается в два раза (при ядерном взрыве в десять раз). Это объясняется тем, что из ядерного реактора выбрасываются при аварии только долгоживущие радионуклиды (уран-235, цезий-137, стронций-90 и т.д.). Короткоживущие радионуклиды перестали существовать после длительной работы на данном ядерном топливе в реакто­ре АЭС.

рис. 10.1. Зоны РЗ и ВП при аварии на АЭС с разрушением реактора (ОЭ – объект экономики)

Как внешнее РЗ, так и ЗП опасны для человека. Наиболее опасным видом облучения является ВП, так как радионуклиды (радий, стронций и др.) поступают в органы дыхания и кишечно-желудочный тракт, а затем перераспределяются в критические органы (особенно щитовидную железу) и накапливаются в орга­низме на длительное время. Поэтому для выявления зон РЗ мест­ности и ВП человека проводят прогнозирование на случай ава­рий на АЭС с разрушением реактора и выбросом продуктов деле­ния А_к = 10% при скорости ветра на высоте 10 м V₁₀= 5 м/с. Затем подбирают режим радиационной защиты (РРЗ) для обслужи­вающего персонала ОЭ (предприятия, АО и фирмы) и населения города (поселка), попавших в соответствующую зону РЗ и ВП (например, как на рис. 10.1).

Методика прогнозирования состоит в следующем.

1. Определяют степень вертикальной устойчивости атмосферы (СВУА) по табл. 10.1, руководствуясь V₁₀, облачностью и временем суток.

Обозначения: КО – конвекция или неустойчивое состояние атмос­феры; ИЗ – изотермия или нейтральное состояние; ИН – инвер­сия или устойчивое состояние атмосферы.

2. Находят по табл. 10.2 среднюю скорость ветра V_ср м/с, в приземном слое в зависимости от СВУА и V_10.

3. С учетом типа возможной аварии на АЭС определяют по табл. 10.3 размеры зон РЗ и ВП с дозой до полного распада Д_ и записывают их.

4. Строят в соответствующем масштабе схему зон РЗ и ЗП и наносят на эту схему ОЭ, город или поселок как показано на рис. 10.1. При этом зоны обозначают соответствующим цветом, указанным выше.

Примечания: 1. Нагляднее размещение зон видно на карте мест­ности, которой должны воспользоваться дипломники. 2. Предприятие, АО, фирму с городом (поселком) лучше обозначать квадратом на схеме и написать ОЭ с городом или поселком.

Таблица 10.3. Характеристика зон РЗ и ВП для изотермии при V₁₀ = 5 м/с, высоте выброса H_в = 200 м (реактор типа РМБК-1000) продуктов деления, А_к = 10%

Обозначения к табл. 10.3: Р₁ = Д_ /400 – уровень радиации на 1 ч после аварии; Д_ – доза до полного распада.

5. По схеме (карте) определяют в какую из зон РЗ или ВП, или одновременно в зоны РЗ и ВП попал наш ОЭ с городом (по­селком). Если ОЭ вышел за зону А’, то он вне опасности по РЗ и ВП. В последнем случае прогноз не следует проводить в даль­нейшем.

Примечание. По карте определяют расстояние L_o, м, по прямой от АЭС до ОЭ или города.

6. Вычисляют время, ч, начала выпадения радиоактивных осадков над заданным объектом (поселком) по формуле

t_вып = L_o /3600 V₁₀, (10.1)

где L_o – расстояние от ОЭ (поселка) до АЭС, м.

7. По табл. 10.4 определяют время формирования – t_форм , ч, радиоактивного следа.

8. Если облако сформировалось ко времени подхода его к ОЭ, то над ним будет происходить выпадение радиоактивных осад­ков. Поэтому по табл. 10.3 определяют методом интерполяции (см. пример 1) возможный уровень радиации Р₁ и возможную до­зу Д_{ внеш.} для зоны РЗ, где находится наш объект; для зоны ВП определяют только возможную дозу Д_{ внутр.}

Пример 1. Определить методом интерполяции по табл.10.3 зна­чения Р₁ (уровень радиации на 1 ч после аварии) и Д_{ внеш.} , если ОЭ попал а зону А; Д_{ внутр.} , если ОЭ попал в зону Д'. Расстояние L_o = 60 км.

Решение. Для наглядности воспользуемся рис. 10.1, из кото­рого видно: 1) ОЭ находится между внешними границами зон А и Б, тогда

Примечание. Если ОЭ находится внутри зоны Д, то Д_{ внутр.} > 250 бэр; вне зоны Д’ (до внешней границы зоны А' ) Д_{ внутр.} <30 бэр.

9. Определяют уровни радиации, рад/ч, на ОЭ на различное время (на начало выпадения осадков, конец рабочей смены с момента выпадения осадков, конец первых суток и на конец трех суток) по формуле

P_t = P₁/ K, (10.2)

где К – коэффициент пересчета, принимаемый по табл. 10.5.

Таблица 10.5. Коэффициенты К на любое заданное время (до трех суток включительно)

Пример 2. Найти уровни радиации на ОЭ для различного времени по формуле (10. 2), если известно: Р₁ = 0,63 рад/ч, t_форм = 5 ч, Т_р = 4 ч.

Решение. 1. На начало выпадения радиоактивных осадков, т.е. , t_нач = t_форм = 5 ч при К = 2,22 (см. табл. 10.5), P₅ = 0,63/2,22 = 0,28 рад/ч.

2. На конец рабочей смены, т.е. , t_к =t_нач + Тр = 5 + 4 = 9 ч при К = (2,85 + 3,0) / 2 = 2,93; P₉ = 0,63/2,93 = 0,22 рад/ч.

3. За первую смену P_сp = (P₅ + Р₉) / 2 = (0,28 + 0,22) / 2 = 0,25 рад/ч.

4. На конец первых суток с начала выпадения осадков при

К₂₄ = 5, Р₂₄ = 0,63/5 = 0,13 рад/ч.

5. На конец третьих суток при K₇₂ = 7, P₇₂ = 0,63/7 = 0,09 рад/ч.

10. Находят дозу облучения, бэр, полученную на открытой местности за первые сутки (накопление дозы идет неравномерно: в первые сутки после аварии – более интенсивно, чем в после­дующее время) по формулам;

Затем сравнивают Д_1сут с Д_уст (см. исходные данные),

11. При Д_1сут > Д_уст подбирают соответствующий режим ррз для персонала ОЭ и населения (который должен строго соблюдать­ся на ОЭ с поселком), а также решения по их защите, руковод­ствуясь табл. 10.6. Для этого рассчитывают критерий возможной дозы за 10 суток и 1 год.

Примечание к табл. 10.6. Мероприятия по защите (решение) осуществляются: I) частично, если прогноз облучения превы­шает нижний уровень; 2) в полном объеме (обязательное выпол­нение) при превышении верхних значений облучения.

Лучше решение принимать по дозовым нагрузкам за короткое время, т.е. на ранней фазе развития аварии –10 суток. Рас­чет этой дозы ведут по формуле

Д_{10 сут} = 2 (P_к t_к – P_н t_н), (10.5)

где P_н и P_к – уровень радиации на начало и окончание облуче­ния, рад/ч; t_н и t_к время начала и окончания облучения, ч.

Однако в табл. 10.5 коэффициенты пересчета К даны на вре­мя после аварии на АЭС только до 3 суток. Поэтому принимают, что

Д_{10 сут} = Д_{3 сут} + Д_{7 сут}, (10.6)

Тогда, руководствуясь формулой (8.5),

Д_{3 сут} = 2(Р_{3 сут}  72 – Рt _вып  t_нач ), (10.7)

где Рt _вып – уровень радиации при начале выпадения радиоак­тивных осадков над ОНХ, рад/ч; t_вып – время начала выпадения этих осадков, ч.

Определив Д_{3 сут} и зная, что за семикратный период времени (в нашем случае за 7 суток) согласно закону спада радиация снизится в 2 раза, формулу (10.6) можно записать так:

Д_{10 сут} ⁼ Д_{3 сут} +( Д_{3 сут} /2), (10.8)

Найденную величину Д_{10 сут} сравнивают с дозовым критерием, указанным в табл. 10.6, и, руководствуясь примечанием к дан­ной таблице, принимают решение. Оно может быть однозначным: частично применяют мероприятия по защите или в полном обяза­тельном объеме в зависимости от превышения Д_{10 сут} нижний или верхний критериальный уровень табл. 10.6.

Пример 3. Вычислить Д_{10 сут} и принять решения по защите рабо­тающих и населения, если известно: Р_3 сут = 0,09 рад/ч, Р_н = 0,28 рад/ч и t_н =t_форм =5 ч.

Решение. 1. По формуле (10.7) определяем Д_{3 сут} = 2(0,09 72 + 0,285) = 15,76 бэр.

2. Вычисляем по формуле (10.8) значение

Д_{10 сут} =15,76 + (15,76 / 2) = 23,64 бэр.

3. По табл. 10.6 принимаем решения по защите. Величина 23,64 бэр превышает верхний уровень табл. 10.6 (на все тело) за исключением решения по эвакуации взрослых. Поэтому укрытие, защиту органов дыхания и йодную профилактику взрослых людей, детей, беременных женщин, эвакуацию детей и беременных женщин необходимо проводить в полном объеме, а эвакуацию взрослых людей –осуществить частично, т.е. вначале – население по мере возможности.

12. Вычисляют суммарную дозу, полученную работающим первой смены, по формуле

Д_= Д_отк + Д_8ч + Д_о + Д_пер + Д_отд , (10.9)

где Д_отк – доза, полученная работающим на открытой местности в течение соответствующего времени, бэр; Д_8ч – доза, полу­ченная работающим на рабочем месте за 8-часовую смену, бэр; Д_о – доза, полученная работающим от проходящего радиоактив­ного облака (принимается по табл. 10.7), бэр; Д_пер – доза, полученная работающим при переезде к месту работы и обратно (Д_пер = Д_кр + Д_ср , где Д_кр и Д_ср –дозы, полученные при пере­езде соответственно к работе и с работы), бэр; Д_отд – доза, полученная работающим за время его отдыха в зоне отдыха (т.е. от конца рабочей смены до истечения первых суток), бэр. Все составляющие Д_ находят по формуле

Д _t=(P_срT) / K_о, (10.10)

где P_ср = (Р_н + Р_к)/2 – среднее значение уровня радиации, рад/ч, за промежуток времени от начала до конца периода об­лучения; Т – период облучения работающих в различных услови­ях (на открытой местности, в транспорте, на рабочем месте и в зоне отдыха), ч; К_о – коэффициент ослабления в этих усло­виях (он задается в исходных данных).

Найденную величину Д_ сравнивают с Д_уст . При Д_ > Д_уст необходимо проанализировать составляющие Д_ и выделить те из них, которые дают наибольший вклад в Д_ . Затем предус­мотреть меры по их снижению (например, сокращение времени облучения или увеличение коэффициента К_о для соответствующих условий.

Примечание. При определении Д_отк и Д_кр величину Р_ср при­нимают наибольшей, т.е. равной величине на начало выпадения осадков.

Пример 4. Вычислить Д_, сравнить ее с Д_уст = 2 бэр и предус­мотреть меры по снижению составляющих Д_. Известно: P_сp = 0,425 рад/ч на рабочем месте, продолжительность смены 8 ч и коэффициент ослабления (защиты) К_о = 10; L_o = 30 км; на открытой местности Р_отк = 0,56 рад/ч люди находятся 2 ч при К_о = 1; переезд к работе и с работы занимает 2 ч при К_о = 2 с Р_кр = 0,56 рад/ч и P_сp = 0,29 рад/ч; время отдыха 12 ч при К_о = 20 с P_сp = 0,29 рад/ч до Р_1сут = 0,13 рад/ч.

Решение. 1. Определяем по формуле (10.10) все составляю­щие Д_/см. формулу (10.9)/:

Наибольший вклад в Д_ вносит Д_{отк ,} Д_о и Д_{пер .} Лучшим ре­шением является уменьшение времени нахождения на открытой местности до 0,5 ч (а 1,5 ч перенести в зону отдыха) и пере­езда на транспорте к работе и с работы до 1 ч (а I ч пере­нести в зону отдыха). Величину Д_о нельзя уменьшить, так как она зависит от удаления ОЭ от АЭС.

4. С учетом принятых изменений пересчитываем Д_отк , Д_пер и Д_отд получаем

Д_ = 0,28 + 0.34 + 1 + 0,212 + 0,152 = 1,984 <Д_уст = 2 бэр.

13. По величине Д_ определяют радиационные потери (РП) людей на ОЭ и распределение их по времени (табл. 10.8), если Д_ > 100 рад или бэр. Если Д_>50 бэр, то определяют по табл. 10.9 групповую трудоспособность структурного подразде­ления (цеха, службы, отдела или участка) ОЭ.

Примечания: Подразделения с ограниченной трудоспособностью, I или II степени сохраняют трудоспособность; III степени - теря­ют трудоспособность до 50...60%.

14. Подбирают РРЗ как для работающих, так и для населения, находящегося в условиях радиоактивного заражения местности.

Безопасным РРЗ считается такой режим, когда облучение лю­дей не выше суточно установленной дозы Д_уст. Он характеризу­ется коэффициентом безопасной защищенности С_б, определяемым по формуле

С_б =Д_сут / Д_уст , (10.11)

где Д_сут – доза радиации, накапливаемая на открытой местнос­ти за сутки, бэр (в нашем случав Д_сут для населения и Д для работающих ОЭ); Дуст - установленная доза нормами радиа­ционной безопасности (НРБ-96) для выполнения аварийных ра­бот, бэр.

Величина Д_уст имеет не только организационный характер, но и экономический, так как оплата труда зависит от расстоя­ния до места аварии. Коэффициент С_б показывает во сколько раз должна быть уменьшена фактическая доза радиации над Д_уст.

Для установления безопасного режима работы на ОЭ (при медленном спаде уровня радиации) вычисляют суточный коэффи­циент защищенности С по формуле

где Т_i – продолжительность пребывания работающих на открытой местности в защитных сооружениях, зданиях, машинах и т.д. в течение суток, ч; К_о – коэффициент ослабления в этих услови­ях.

Величина С показывает во сколько раз доза облучения, по­лученная людьми при данном режиме, меньше дозы, которую они получили бы за то же время на открытой местности.

Если выполнено условие С  С_б то радиационная безопас­ность (РБ) обеспечивается. Если нет, то режим РБ корректиру­ется за счет повышения К_о и уменьшения времени нахождения в условиях худшей защищенности.

Пример 5. Вычислить коэффициенты C_б и С по формулам (10.11 и 10.12) с использованием данных примера 4 при Д _сут = 13,7 бэр.

Решение. 1. Определяем по формуле (10.11):

для населения

С_б = 13,70/2 = 6,85;

для персонала ОЭ

С_б = 3,011/2 = 1,5;

а с учетом пересчета для персонала ОЭ

С_б = 1,984/2 = 0.992.

2 . Определяем по формуле (10.12) для персонала ОЭ

а с учетом уменьшения времени на открытой местности и переез­да на транспорте к работе и с работы

3, Сравниваем полученные коэффициенты для персонала ОЭ С > С_б, т.е. при 5,45 < 6,85 не обеспечивается радиационная безопасность, а при С’ > С_б, т.е. при 9,50 > 6,85 последняя обеспечена для пер­сонала ОЭ за счет уменьшения времени нахождения в худших ус­ловиях.

15. Определяют максимально допустимое время работы персо­нала ОЭ Т_р, ч, для случая С > С_б при Д_уст путем решения системы уравнений

Т_р + Т_о = 24 и Т_р/К_р + Т_о/К_о = 24/С (10.13)

Вахтовый метод работы – это круглосуточная работа ОЭ в 4 смены. Две смены работают на ОЭ непрерывно в течение 3,5 су­ток. При этом каждая смена работает 6 ч и 6 ч отдыхает в за­щитных сооружениях (ЗC). Через 3,5 суток эти смены убывают для отдыха на незараженную местность, а на вахту заступают очередные две смены, прибывшие с незараженной местности.

16. Определение РРЗ как работающих ОНХ, так и населения осуществляют также табличным методом для зон РЗ тида A’ и A. Для этого по величине Р₁, определенной выше в пункте 8, вы­бирают k_р и К_о и по табл. 10.10 устанавливают РРЗ для рабо­тающих ОЭ, а по табл. 10.11 – РРЗ для населения.

Типовые РРЗ рассчитаны на максимальную дозу облучения в 10 бэр/год и уровень радиации на 1 ч, указанный в табл. 10.10 и 10.11. Если Р_1ч превышает значение, указанное в этих табли­цах, то: 1) целесообразно прервать работы на ОНХ; 2) заменить .всех работающих или эвакуировать их в зону отдыха; 3) в ис­ключительных случаях для работающих может быть увеличена го­довая аварийная доза до 25 бэр.

Примечания к табл. 10.10: 1. k_о = К_осл зданий; 2. К_р = К_осл цеха и К_о = К_осв противорадиационного устройства (ПРУ).

Таловые РРЗ рассчитаны на максимальную дозу облучения в 10 бэр/год и уровень радиации на 1 ч, указанный в табл. 10.10 к 10.11. Если P_1ч превышает значение, указанное в этих таб­лицах, то: 1) целесообразно прервать работы на ОЭ; 2) заменить всех работающих или эвакуировать их в зону отдыха; 3) в исключительных случаях для работающих может быть увеличена годовая аварийная доза до 25 бэр.

В конце прогноза дают итоговый вывод, руководствуясь указа­ниями подразделов 10.3 и 10.4.

Таблица 10 .11. Типовые РРЗ населения в условиях радиоактивного заражения местности