ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ (ЭМИ)

Защита от тепловых загрязнений

 

1. Охлаждение теплых стоков в градириях

2. Рациональное объемно-планировочное решение городов (жилые квартиры должны проветриваться), разделение промышленных и жилых зон

3. Уменьшение удельной энергоемкости промышленной продукции

4. Применение ресурсо- и энергосберегающих технологий

5. Использование вторичного тепла для обогрева зданий, теплиц и т.д.

6. Экономия тепла и энергоресурсов

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ (ЭМИ)

 

Их относят к неионизирующим (при взаимодействии со средой не происходит образования ионов разных знаков (вообще ионов)).

Повсеместно действуют естественное магнитное поле Земли, напряженность которого увеличивается с широтой. Однако известны и глобальные региональные аномалии этого поля в местах залежей железной руды

Магнитное поле – это первая защитная оболочка Земли. Плазма Солнца, или солнечный ветер движется во все стороны с громадной скоростью - км/с. Напряженность магнитного поля такова, что на расстоянии 300 000 км от поверхности Земли, оно уравновешивает плазму Солнца, и она начинает обтекать Землю, образуя по форме «головастика с хвостом», имеющим длину км.

За счет широкого применения источников ЭМИ резко возрос общий электромагнитный фон земли, особенно в крупных городах. Общий ЭМ фон Земли изменяется, а это угрожает опасностью из космоса.

Основными источниками ЭМИ являются устройства генерирующие, передающие и использующие электрическую энергию:

линии электропередач (ЛЭП), радио- и телеперадающие центры, радиолокационные системы, термические цехи.

 

В зависимости от частоты различают ЭМИ:

 

1. Промышленные частоты (50 Гц)

2. Радиочастоты ( Гц)

Они подразделяются на:

Обозн-е	Название	Частота	Длины волн
НЧ	низкие частоты	30-300 кГц ( Гц)	м
СЧ	средние част-ы	300-3000 кГц ( Гц)	м
ВЧ	высокие част-ы	3-30 МГц ( Гц)	м
ОВЧ	оч.высокие ч-ы	30-300 МГЦ ( Гц)	10 – 1 м
УВЧ	ультравысокие	300-3000 МГЦ ( Гц)	1 – 0,1 м
СВЧ	сверхвысокие	3-30 ГГц ( Гц)	10 – 1 см
КВЧ	крайневысокие	30-300 ГГц ( Гц)	1 – 0,1 см

 

Основные источники высокочастотных ЭМИ – радио- и телепередающие центры, радиолокаторы и т.д.

3. Инфракрасное излучение ( Гц) – тепловое излучение от нагретых тел (литейный цех, лава вулкана и т.д.)

4. Видимое излучение ( Гц) – опасно при применении лазеров

5. Ультрафиолетовое излучение ( Гц) – электрические дуги, лазеры, от Солнца – вызывает тепличный эффект и разрушение озонового слоя

 

Чем больше частота, тем опаснее ЭМИ.

ЭМИ вызывают:

1. Ухудшение здоровья людей.

При длительном воздействии ЭМИ возможны нарушения в сердечно-сосудистой системе, дыхательной и нервной. Нарушается терморегуляция организма и водно-солевой баланс. Новые научные данные свидетельствуют об усугубляющем воздействии ЭМИ на рост числа онкологических заболеваний.

2. Отрицательное воздействие на структуру почв.

В результате этого огромные площади становятся непригодными для с/х. Данный эффект особенно проявляется в местах расположения ЛЭП.

3. Отрицательное воздействие на животных и растения. Например, непосредственно вблизи ЛЭП растения вырастают слабые и уродливые, плохо плодоносят.

 

В России неблагоприятная с точки зрения воздействия ЭМП (полей) обстановка наблюдается вблизи аэродромов в городах Иркутске, Сочи, Сыктывкаре, Ростове и др.

Военные радиолокационные станции оказывают негативное воздействие в Архангельской области, в Ставропольском и Краснодарском краях.

 

Нормирование (рассказывается в курсе БЖД)

 

Нормируется при частоте 300 МГц. Вводятся ПДУ – предельно допустимые уровни напряженности электрического поля в кВ/м.

Например, для ЛЭП ПДУ напряженности электрического поля не должен превышать:

0,5 кВ/м – внутри жилых зданий,

1,0 кВ/м – в городских квартирах,

15 кВ/м – в сельской местности,

20 кВ/м – в сельской местности недоступной для транспорта и с/х машин.

ЭМИ теле- и радиостанций, и ЛЭМ в некоторых жилых районах в 10 раз превышают ПДУ.

 

При частоте больше 300 МГц вводятся ПДУ плотности потока энергии Вт/м².

ПДУ для источников ВЧ, СВЧ, УВЧ не больше 0,1 Вт/м²

 

Средства защиты

 

1) Защита временем (чем меньше контактируешь с ЭМИ, тем лучше, поэтому вводится допустимое время пребывания людей около источников ЭМИ).

2) Защита расстоянием (чем дальше от источника ЭМИ, тем безопаснее). Зоны с повышенным уровнем ЭМП, источниками которых могут быть радиотехнические объекты и радиолокационные станции (РЛС), имеют обычно размеры до 100-150 м. Электромагнитные поля промышленной частоты в основном поглощаются почвой, потому на небольшом расстоянии от ЛЭП (50 – 100 м) напряженность этого поля падает с десятков тысяч до нескольких десятков вольт на метр. Поэтому рабочие места размещают на определенном расстоянии от источника излучений, а телерадиостанции и радиолокационные станции размещают вне населенных мест.

3) Уменьшение излучения в самом источнике излучения. Применяются поглотители мощности, которые переводят ЭМИ в тепловую энергию.

4) Экранирование (локализации ЭМИ экраном или корпусом).

От инфракрасного излучения применяются теплопоглощающие или теплоотражающие экраны.

От остальных ЭМИ хорошо помогают кирпичные стены, экраны из различных материалов.

Для защиты от ЭМИ промышленных и радиочастот наиболее часто применяются металлические, заземленные экраны.

От радиолокаторов помогают естественные экраны (например, лес, нежилые застройки).

5) Изменение сектора излучения радиолокаторов (в сторону от населенных мест).

6) Применение санитарных защитных зон (СЗЗ)

Размеры СЗЗ (в зависимости от мощности передатчика):

для типовых радиостанций - до 2,5 км

для телецентров - до 1 км

для РЛС (аэродромов) - до 3 км

7) Средства индивидуальной защиты (в БЖД СИЗ)

Для защиты от ЭМИ промышленных и радиочастот применяются костюмы, изготовленные из ткани с вплетенной металлической сеткой, обувь электропроводная. Защита головы – металлическая каска, глаза защищаются сетчатыми очками, или очками, в стеклах которых избыток окислов свинца. Для защиты глаз от лазарного, ультрафиолетового, инфракрасного и видимого излучения применяются очки со светофильтрами.

 

3. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Ионизирующие излучения были обнаружены сравнительно недавно. В 1895 г. известный немецкий физик В.К.Ренген открыл излучение, названное его именем. Чуть позже, в 1896 г., А.Беккерель обнаружил излучение солей урана, а в 1968 г. М.Кюри и П.Кюри установили излучение полония и радия, а также факт превращения радионуклидов в другие химические элементы (была открыта цепочка распадов).

С этого времени изучение ионизирующих излучений и ядерных реакций стало одним из приоритетных направлений физики.

Сегодня в мире насчитывается 430 ядерных энергетических установок (110 в США, 55 во Франции, 39 в Японии, 24 в Германии, 28 в России, 17 в странах СНГ и т.п.)

На АЭС сегодня получают 16% производимой в мире энергии. Во Франции и Бельгии атомная энергетика доминирует, АЭС там дают 72% и 68% энергии. В США и Великобритании доля атомной энергетики существенно меньше (около 17%), в России – 12%.

В настоящее время в мире существует множество радиационных технологий, радиолокационная терапия и диагностика, радиолокационное приборостроение, в с/х широко используются радионуклиды. Радионуклидная энергетика прочно вошла в хозяйственную деятельность человека. В России выпускается более 140 различных радионуклидов, применяемых во многих научных учреждениях и на промышленных предприятиях.

Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году существенно подорвала доверие к ядерной энергетике. Одновременно она породила радиофобию, однако по статистике атомная энергетика далеко не самый опасный для человека фактор риска. Так, в США от курения ежегодно умирают около 150 тыс. человек, от алкоголя – 100 тыс. человек, под колесами автомобилей – 50 тыс. человек, от радиационной диагностики и травм 2300 человек, от воздействия АЭС – только 100 чел. Главная причина радиофобии – неопределенность оценок воздействия ионизирующих излучений в области малых доз.

В современном обществе с развитой ядерной энергетикой и радиационными технологиями знание основ дозиметрии и радиобиологии должно быть обязательным для любого цивилизованного человека.

Что же представляет собой ионизирующее излучение? Это вид излучения, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Радиоактивный распад радия:

Основные виды ионизирующих излучений:

1) Корпускулярное – это поток элементарных частиц, возникающих при распаде атомов или ядер атомов.

К нему относятся:

α – частицы - поток атомов гелия (), которые несут два элементарных положительных заряда. Испускаются атомами с большим массовым числом.

Пробег в атмосфере составляет всего несколько сантиметров, в биотканях - не более 0,1 мкм. Представляют главную опастность при попадании радионуклидов внутрь организма.

β – частицы – поток частиц, близких по физической природе к электронам (электроны, позитроны - ). Возникают при радиоактивном распаде и сразу же излучаются.

Пробег в атмосфере несколько метров, в биотканях – несколько микрометров. Опасны в основном при попадании радионуклидов на кожные покровы и внутрь организма.

Все радионуклиды, находящиеся в таблице Менделеева до свинца, обладают только β – распадом, радионуклиды тяжелее Pb – могут иметь как α – распад, так и β – распад.

2) Фотонное – ЭМИ с большой частотой (f = Гц)

γ – кванты – самые короткие ЭМИ, λ < см.

Образуются в ходе ядерных реакций и при распаде осколков деления, близки к рентгеновским лучам, но у γ – квантов короче длина волны и они несут более высокий энергетический заряд.

Пробег в атмосфере измеряется сотнями метров, биоткани не представляют для них достаточно серьезную преграду; опасны при любой форме воздействия.

Рентгеновское излучение - ЭМИ со сплошным спектром, возникающее при переходе электрона с одной орбиты на другую, или при торможении заряженных частиц в веществе (f = Гц)/

Нейтроны – вылетают из ядер атомов при реакциях деления и синтеза. Пробег в атмосфере сотни метров, проникают в биоткань на большую глубину; с нейтронным потоком можно встретиться только при ядерном взрыве или работающем ядерном реакторе; нейтронный поток не возникает при радиоактивном распаде.

Следовательно, в зонах радиоактивного загрязнения мы можем встретиться только с α-, β- и γ-излучениями. В реакторах образуется 80 радионуклидов, при ядерном взрыве – около 200.

 

 

Все ионизирующие частицы характеризуются ионизирующей и проникающей способностью.

Ионизирующая способность - определяются числом парных ионов, создаваемых излучением.

Проникающая способность – определяются длиной свободного пробега, т.е. расстоянием, пройденным частицей в веществе до её полной остановки.

α; - излучения имеют: минимальную проникающую способность

максимальную ионизирующую способность

Поэтому оно и наиболее опасно внутри организма (длина свободного пробега в воздухе примерно 10 см)

β - излучение имеет ионизирующую способность меньшую, чем у α - излучения, но длина свободного пробега в воздухе 8 м.

Нейтронное излучение имеет максимальную проникающую способность, а ионизирующую способность менее, чем у α – излучения, но более, чем у β – излучения.

Фотонное излучение имеет минимальную ионизирующую способность, но проникающая способность большая, уступает только нейтронному излучению.

 

И. И. могут быть первичными и вторичными

Первичное (радиация, космическое излучение от рентгеновских аппаратов) – излучения в первые 20 – 25 сек после взрыва ядерной бомбы, т.е. излучение, которое в процессе взаимодействия со средой принимается исходным.

При взаимодействии первичного излучения с веществом образуются радионуклиды (радиоактивные изотопы) и начинается вторичное излучение.

Источники И. И.

а) Естественные источники

70% облучения человек получает от естественных источников.

Естественные источники могут быть космическими и земными.

Космические излучения – из космоса, от солнца; 8% индивидуальной дозы облучения за год человек получает от этих излучений. Они частично достигают поверхности Земли, но в основном взаимодействуют с атмосферой, создавая 2 радиоактивных пояса Земли, опасные для любых живых организмов.

1- ый пояс находится на расстоянии 3000 км от Земли. Толщина 10 км.

2 - ой пояс - на расстоянии 20000 км от Земли. Толщина 100 км.

Максимальная космическая радиация у полюсов, т.к. магнитные поля притягивают излучения. Чем выше над уровнем моря, тем выше уровень радиации.

Земные излучения – от радиоактивного газа – радона. Радон самый значительный источник радиации на Земле (43% индивидуальной дозы облучения человек получает от радона) Он содержится в воде, воздухе, но больше всего в почве

- от радиоактивных изотопов горных пород, U – 238 и др. (в граните, мраморе)

- от минеральных удобрений (фосфаты, напр.), люминесцентные краски, ртутные лампы, от сжигания угля, торфа.

б) Антропогенные источники

1 место

- медицинские процедуры (рентгеновской аппаратуры), 29% дозы облучения за год

- АЭС Облучения от них в 300 раз меньше, чем от мед. процедур, но при авариях образуется много радионуклидов. А самая главная опасность – отходы от АЭС. К 2000г в мире будет накоплено более 4250т отходов от АЭС, что равносильно загрязнению от 8 млн. атомных бомб, сброшенных на Хиросиму. И эти отходы будут радиоактивны ещё миллионы лет.

- стройматериалы

- все виды не только атомной промышленности, использующие радиоактивные вещества

- ядерные взрывы, продукты испытания ядерного оружия. Наиболее опасны испытания в атмосфере, до 1962г. В настоящее время используются подземные.

 

Нормирование И. И. Действия на ОС

 

Главной характеристикой степени опасности ионизирующих излучений является доза излучения.

Различают 3 дозы радиоактивности:

1. Экспозиционная доза – количество γ- излучения, способного к ионизации сухого воздуха. Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность γ- излучения. Измеряется в кл/кг (кулон/кг) или в Рентгенах 1р = 2,58*10^-4 кл/кг (суммарный заряд ионов одного знака в определенной массе воздуха)

2. Поглощенная доза – количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества (Грей [ГР] или в радах [рад], 1ГР = Дж/кг 1рад = 0,01ГР Dn = dE/dM)

3. Эквивалентная доза – количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества с учетом качества излучения (наиболее важная с точки зрения биологического эффекта дозы)

Дэкв = Дn*К (она может быть рассчитана)

К к-т качества. Для γ и β К = 1

Дэкв = Для α К = 20

n – кол-во видов Для нейтронов К = 3-20

излучения

Зиверт [Зв] или бэр 1бэр = 0,01Зв

Годовая эквивалентная доза фонового излучения 240 – 250мбэр

Степень заражения местности и различных объектов характеризуется следующими параметрами:

а) Активность А = dN/dT количество ядер радионуклида распавшихся в единицу времени [cu]

Единица измерения 1 Бк (беккерель) – количество радиоактивного вещества в котором происходит 1 распад в секунду.

Кюри (КИ) 1КИ = 3,7*10¹⁰ Бк (допускается)

б) Поверхностная и объёмная активность (степень заражения)

для территорий – Бк/м²

для воды, пищи – Бк/м³ или Бк/К²

распад радионуклидов подчиняется определенному закону

– начальное количество атомов радионуклидов

Т – время распада

– период полураспада, время в течении которого распадается половина атомов

 

 

 

т

В Чернобыле при взрыве на АЭС образовались изотопы

Изотопы		Т полного распада
	8 суток	82 суток
	30 лет	300 лет
	29 лет	290 лет

Существует 2 основных документа по И.И.

Нормы радиационной безопасности НРБ 76/87

Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами ОСП 72/87

В соответствии с НРБ установлены 3 категории облучения

А – персонал (лица непосредственно, работающие с ИИ)

Б – ограниченная часть населения (лица, работающие в смежных помещениях или живущие недалеко от АЭС)

В – население в целом

И 3 группы критических органов (критический орган – орган, облучения которого в данных условиях причиняет max ущерб здоровью человека или его потомству).

В порядке убывания радиочувствительности:

1гр. Всё тело, костный мозг, половые органы и т.д.

2гр. Мышцы, печень, почки, лёгкие

3 гр. Кожа, кости, голени, стопы

В целях предупреждения генетических последствии для каждой категории облучаемых лиц в НРБ установлены 3 класса нормативов:

1)основные дозовые пределы (для нормальных условий работы

2)допустимые уровни (при аварийном облучении

3)контрольные уровни (для оперативного контроля радиационной обстановки).

 

К основным дозовым пределам относятся

ПДД – (предел допустимой дозы) – max значение индивидуальной эквивалентности дозы в год, не вызывающее при равномерном воздействии в течение 50 лет неблагоприятных изменений в состоянии здоровья работающих.

ПДД применяется для лиц категории А, измеряется в бэр/год

ПД – (предел дозы) – предельная эквивалентная доза за год бэр/год. Для лиц категории Б:

 

Категория облучаемых лиц	Группа критических органов
ПДД, бэр/год
ПД, бэр/год	0,5	1,5	3,0

В этих нормативах не учтены дозы от естественного облучения и медицинских обследований (их надо учитывать как дополнительные нагрузки).

Для населения в целом предельная доза 35 бэр за 70 лет, 0,5 бэр/год. В крупных городах человек в среднем получает 0,3 – 0,4 бэр/год.

К допустимым уровням относится:

а) допустимое разовое аварийное облучение персонала – 25 бэр

б) допустимое разовое аварийное облучение населения – 10 бэр

Для сравнения – рентген желудка 30 бэр, зуба 3 бэр

К контрольным уровням относятся:

а) Естественный радиационный фон

по России 10 – 20 МкР/час или 0,1 бэр/год

Кировская область 8 – 10МкР/час

В мире в среднем мощность γ – излучения 3 –7 МкР/час. Но есть районы с существенно более высоким фоном. В штате Керал (Индия) мощность фонового γ – излучения 43 – 250 МкР/час, однако каких – либо статистических отмечаний изменения в состоянии здоровья населения этого штата (примерно 70 млн. человек) не обнаружено.

Для сравнения фон от цветного телевизора 30 – 40 МкР/час

б) Степень заражения местности (кл/км²)

Существует 3 зоны заражения

1 зона (5 – 15 кл/км²) или 50 – 150 МкР/час – это зона минимального заражения, пригодна для с/х.

2 зона (15 – 40 кл/км²) – средней зараженности, пригодна для с/х, но все продукты питания должны проходить дозиметрический контроль.

3 зона эвакуации (40 – 80 кл/км²). Зона эвакуации не пригодна для с/х.

Выпас запрещен (можно разводить только пушных зверей).

 

Биологическое действие И.И.

Биологическое действие излучений может быть прямым и косвенным.

Прямое воздействие (ионизация) – приводит к разрушению или возбуждению молекул, особенно опасно разрушение молекул ДНК (отвечают за наследственность), если беременная женщина 3 раза пройдет рентгеновское облучение, то резко возрастет угроза рождения урода.

Косвенное воздействие – происходит воды с образованием () и (). Радикалы взаимодействуют с белками организма и образуют токсичные соединения, которые и представляют опасность. Косвенное действие особенно опасно при малых дозах облучения, т. к. при больших дозах ( и ) взаимно нейтрализуются. Любая малая доза увеличивает опасность заболевания раком.

Действие излучения может проявиться в виде:

- лучевых ожогов кожи

- лучевой болезни (поражение всего организма)

Лучевая болезнь может быть в острой и хронической форме.

Хроническая форма возникает при длительном воздействии небольшими дозами облучения (лейкемия (рак крови), мутация). Врачи рентгенологи в 7 раз чаща болеют раком, чем остальные врачи.

Острая форма возникает при кратковременном воздействии больших доз излучения

Суммарная доза:

· ментше 100 бэр – могут быть незначительные кратковременные изменения состава крови (тошнота, обмороки).

· 100 бэр (критическая доза) – нижний уровень лучевой болезни.

 

Лучевая болезнь может быть 4-х степеней:

1 степень (легкая) – заболевание центральной нервной системы, крови, смертность 5 – 10%. Большинство облученных быстро выздоравливают.

2 степень (средняя) – лечение несколько месяцев, 20 –50% смертных случаев.

3 степень (тяжелая) – длительное лечение, 50 – 95% смертных случаев.

4 степень (больше 600 бэр) – в большинстве случаев смертельный исход, (700 бэр) летальная доза, 100% смертность, (более 1000 бэр) 100% смертность в течение нескольких часов после облучения.

 

Способы защиты от И. И.

 

1) Защита временем

2) Защита расстоянием

3) Экранирование. Толщина и материал экрана зависит от вида излучения.

α – частицы – экран из Al или оргстекла, толщина 1 мм.

β – частицы - экран из Al или оргстекла, толщина 10 мм, если жесткое излучение – экран из Pb.

γ, рентгеновское излучение – Pub, бетон, легированные ткани

Нейтронные излучения – применяется двойной экран:

1 – вода, парафин или графит (замедляет нейтроны)

2 – бетон, Pb, сталь (задерживает нейтроны)

4) Применение СИЗ. В зависимости от вида излучения применяют спецодежду - халаты из неокрашенной х/б ткани + платочки, пластиковая одежда, пневмокостюмы.

обувь – ботинки, сапоги, пластиковые бахилы.

перчатки - резиновые, резиновые просвинцованные.

СИЗОД – респираторы, противогазы.

5) Применение радиопротекторов – химических веществ повышающих стойкость организма к облучению и ослабляющих лучевую болезнь.

6) Ограничение выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду. Газы – есть допустимые выбросы (Бк в сутки, месяц). Очистка газов в фильтрах или скрубберах, где одновременно с очисткой идет распад радионуклидов.

Жидкости – очистка

Твердые вещества – переработка или захоронения

7) С33 – это территория вокруг источника радиоактивных выбросов, на которой уровень облучения может превышать предельно допустимый. В зоне устанавливаются определенные ограничения (на строительство и т. д.) и периодически проводится контроль содержания (РВ) в воздухе, почве и водоемах.

Например: размер С33 от АЭС до города с населением 0,5 млн. человек составляет 18 км (т. е. Город может быть не ближе 18 км).

 

Вопросы

Тепловое загрязнение окружающей среды, вибрация и шум. Воздействие на ОС и организм человека. Способы защиты.

Электромагнитные излучения: виды, воздействие на ОС и организм человека, способы защиты.

Ионизирующие излучения: основные виды, проникающая и ионизирующая способность излучений; нормирование ионизирующих излучений; биологическое воздействие; способы защиты.