Учебное пособие по


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.



МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования


Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашниковаª

(ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М.Т. Калашниковаª)



К
АФЕДРА
Т
ЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСН
ОСТ
И






У
ЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИ
СЦИПЛИНЕ


Методы защиты окружающей среды от энергетических загрязнений













И
ЖЕВСК
2016


2


Оглавление

Глава№1.

ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

................................
................................
.......................

5

1.Источники виброакустических воздействий

................................
................................
..........................

5

2. Характеристики и биологическое действие виброакустических колебаний. Нормирование

.........

8

2.1.Акустические колебания

................................
................................
................................
...................

8

2.2. Вибрация

................................
................................
................................
................................
.........

16

2.3. Инфразвук

................................
................................
................................
................................
.......

20

3. Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений

................................
.....................

22

3.1. Защита от шумов

................................
................................
................................
............................

22

3.2. Защита от вибраций

................................
................................
................................
.......................

29

3.3. Защита от инфразвука

................................
................................
................................
....................

31

4. Методы и приборы для измерения шума, инфразвука и вибраций

................................
...............

32

Контрольные вопросы к главе № 1

................................
................................
................................
..........

34

Глава№2. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ТЕПЛОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

................................
...........

35

Введение

................................
................................
................................
................................
....................

35

1. Тепловые сети

................................
................................
................................
................................
........

37

1.1. Централизованное теплоснабжение

................................
................................
............................

38

1.2. Децентрализованное теплоснабжение

................................
................................
........................

41

2. Тепловые сети г. Ижевск

................................
................................
................................
.......................

43

3. Тепловые потер
и

................................
................................
................................
................................
...

46

4. Воздействие на окружающую среду, растительный и животный мир, и человека

........................

52

5. Распространение тепловых выбросов в окруж
ающей среде

................................
............................

56

6. Основные методы теплового контроля

................................
................................
...............................

60

7. Способы утилизации тепловых отходов электростанций

................................
................................
..

68

8. Мероприятия по снижению теплового загрязнения окружающей природной среды

...................

69

Контрольные вопросы к главе №2
................................
................................
................................
...........

71

Тест к главе №2

................................
................................
................................
................................
..........

71

Глава№3. ИЗЛУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

................................
................................
...............

73

Введение

................................
................................
................................
................................
....................

73

1.Инфракрасное излучение

................................
................................
................................
......................

74

1.1. Воздействие ИК излучения на организм человека

................................
................................
.....

78

2
.Ультрафиолетовое излучение

................................
................................
................................
...............

79

2.1. Воздействие УФ излучения на организм человека

................................
................................
.....

81

3. Лазерное излучение

................................
................................
................................
..............................

84

3.1.Воздействие лазерного излучения на человека

................................
................................
...........

89

3


4.Воздействие оптического диапазона на окружающую среду

................................
............................

90

4.1.Последствия ядерных взрывов

................................
................................
................................
......

90

4.2. Влияние ультрафиолета на кожу
................................
................................
................................
...

92

5. Нормирование характерист
ик оптического излучения

................................
................................
.....

95

Контрольные вопросы к главе № 3

................................
................................
................................
..........

98

Тест к главе № 3

................................
................................
................................
................................
.........

98

Глава №4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

................................
................................
......................

100

1. Виды и источники электромагнитных излучений
................................
................................
.............

100

2. Биологическое
действие электромагнитных полей

................................
................................
.........

109

3. Нормирование электромагнитных полей

................................
................................
.........................

110

4. Защита персонала от радиоволнового облучения

................................
................................
...........

116

5. Мероприятия защиты населения от ЭМИ

................................
................................
.........................

118

6. Электромагнитное излучение от сотового телефона

................................
................................
.......

123

Контрольные вопросы к главе №4
................................
................................
................................
.........

127

Тестовые вопросы к главе №4
................................
................................
................................
................

128

Глава № 5. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ

................................
................................
.............................

130

Введение

................................
................................
................................
................................
..................

130

1.Основные характеристики ионизирующих излучений

................................
................................
.....

130

2. Характеристики источников и полей ионизирующих излучений, степени воздействия излучений
на объекты

................................
................................
................................
................................
...............

135

3. Воздействие электромагнитных излучений на организм человека

................................
...............

145

3.1. Защита от действия ионизирующих излучений

................................
................................
.........

152

4.Ионизирующая радиация Космоса

................................
................................
................................
.....

160

5. Критерии вмешательства на загрязненных территориях

................................
................................

163

5.1. Авария на чернобыльской АЭС и её последствия

................................
................................
....

166

5.1.1. Краткая характеристика типовых ядерных энергетических установок

...........................

166

5.1.2. Причины аварии на ЧАЭС, начальные ее последствия и состояние

................................

172

5.1.3. Экономические последствия катастрофы на ЧАЭС

................................
............................

176

6. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине

................................
....

179

6.1. Методы использования рентгеновских лучей в медицине

................................
.....................

181

7. Способы и средства защиты населения от ионизирующих излучений

................................
..........

184

7.1. Общие принципы защиты населения от ионизирующих излучений

................................
......

184

7.2. Хранение, учет и перевозка радиоактивных веществ и ликвидация отходов
........................

194

Тест к главе № 5

................................
................................
................................
................................
.......

197

Контрольные вопросы к главе 5

................................
................................
................................
.............

199

4


Глава №6. АЭРОИОНИЗАЦИЯ

................................
................................
................................
.................

201

Введение

................................
................................
................................
................................
..................

201

1. Характеристики аэроионов и их параметры

................................
................................
.....................

202

2.

Воздействие аэроионов на человека
................................
................................
................................
.

205

3. Нормирование параметров аэроионов

................................
................................
.............................

208

4. Нормализация (коррекция) аэроионного состава
воздуха

................................
.............................

211

5. Лечебный эффект ионизированного воздуха

................................
................................
...................

213

6. Показания к применению ионизированного воздуха

................................
................................
.....

215

7. Использование аэроионизаторов для очистки воздуха

................................
................................
..

219

8. Приборы и методы измерения характеристик аэроионов

................................
..............................

221

9. Метрологическое обеспечение измерений параметров аэроионов

................................
.............

224

Контрольные вопросы к главе №6
................................
................................
................................
.........

227

Тест к главе №6

................................
................................
................................
................................
........

227

Список литературы

................................
................................
................................
................................
..

229


5



Глава№1.

ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

1.Источники виброакустических воздействий


Изменение виброакустичес
ких параметров окружающей среды
связанно с возникновением либо малых механических колебаний (вибраций)
в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного
физического поля, либо упругих колебаний (звуковых, или акустических
полей) в твёрдой
, жидкой или газообразной среде вследствие воздействия на
среду какой
-
либо возмущающей силы. Так, крыльчатка вентилятора передаёт
энергию молекулам воздуха, которые, в свою очередь, передают энергию
соседним молекулам и т.д.


в воздушной среде возникают к
олебания: в
каждой точке окружающего воздушного пространства на постоянное
атмосферное давление накладывается периодическая (апериодическая)
составляющая давления, которую слуховой аппарат человека воспринимает
как звук. Если последний нежелателен для чело
века, то это


шум.


Деятельность человека в биосфере сопряжена с невольным и всё
возрастающим производством ненужных для людей, фауны, флоры звуков


шумов, а также вибраций.


Шум в окружающей среде

(
в жилых и общественных зданиях, на
прилегающих к ним те
рриториях, в городской среде
)

в целом вызывается
одиночными или комплексными источниками, находящимися снаружи или
внутри здания
. Источниками шума являются:

средства транспорта,
оборудование предприятий, вентиляторы, компрессорные установки,
станции для и
спытания двигателей и генераторов, аэрогазодинамические
установки, средства аудиотехники, санитарно
-
техническое оборудование
жилых зданий, электрические трансформаторы.

Нарастание шума происходит и вне городской среды: шум наземного,
водного, воздушного т
ранспорта, сельхозмашин, ЛЭП, ветровых
электростанций, мобильных средств аудиотехники. Очевиден шумовой
6


прессинг на всё живое: растительный и животный мир (дикие виды), на
человека.

В городе интенсивность шума каждые 25…30 лет возрастает примерно
в 10 раз,

т.е. на 10 децибел (дБ). Человек реагирует на шум в зави
с
имости от
субъективных особенностей организма, привычного шумового фона.
Раздражающее действие шума зависит от его уровня, спектральных и
временных характеристик. Считается, что даже шумы с уровнем
ниже 60 дБ
вызывают нервное раздражение, и существует прямая связь между уровнем
шума в городах и увеличением числа нервных заболеваний

2

.

Специфическим характером воздействия на организм человека
отличаются инфразвуковые волны. Они могут иметь естествен
ное
(обдувание сильным ветром крупных неоднородностей ландшафта,
строительных сооружений, водных поверхностей) или искусственное
происхождение (механизмы с большой поверхностью с числом рабочих
циклов не более 20 в секунду, реактивные двигатели, двигатели
внутреннего
сгорания, турбины, вентиляторы, компрессоры и другие установки,
создающие большие турбулентные массы потоков газов, транспорт)

2

.


Источники вибраций: оборудование ударного действия (машины для
забивания свай под фундаменты зданий), рельсовы
й транспорт, мощные
энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инженерное
оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления,
канализации.








Рисунок 1
-

Источник вибрации
-

инженерное оборудование зданий


7








Рисунок 2
-

Источник вибрации
-

оборудование ударного действия








Рисунок 3
-

Источник вибрации
-

рельсовый транспорт, мощные
энергетические установки

Вибрации, часто сопровождаемые звуковыми колебаниями,
распространяются по грунту и достигают фунд
аментов жилых и
общественных зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать
неравномерность осадки грунта и фундамента, особенно при высокой
насыщенности грунта влагой, и разрушение размещённых на них зданий и
сооружений.


Во всех случаях вибрации вызыва
ют раздражающее действие и помехи
для работы в производственных, общественных и жилых зданиях.
Протяжённость зоны воздействия вибрации в окружающей среде
определяется интенсивностью (амплитудой) вибрации источника
(фундамента машины), а также величиной зат
ухания вибрации в грунте и
может достигать 150…200 м

2

.

8


2. Характеристики и биологическое действие виброакустических
колебаний. Нормирование


2.1.Акустические колебания


Акустические колебания в диапазоне 16Гц…20к Гц, воспринимаемые
человеком, называются

звуковыми, с частотой менее 16 Гц


инфразвуковыми, выше 20 кГц


ультразвуковыми.


Рисунок 4
-

Р
аспространяются звуковые волны

Энергетическая характеристика звуковых волн


интенсивность, или


что то` же


плотность потока энергии в акустике обыч
но обозначается как
J
,
Вт/м
2
.

В каждой точке пространства, в котором распространяются звуковые
волны, давление среды изменяется во времени. Разность между его
мгновенным значением и средним значением, наблюдаемым в
невозмущенной среде, то есть переменная с
оставляющая, называется
звуковым давлением Р., Па. На слух действует средний квадрат звукового
давления


,

9


где
T
o



время осреднения (черта над Р. и означает осреднение) звукового
давления в слуховом аппарате человека,
T
o

= 30…100 мс.


Интенсивность звуковой волны (волн) связана с
:


,

где

,
c



плотность среды, в которой распространяются звуковые волны, и
скорость распространения звуковых волн в данной среде соответственно.


Величины интенс
ивностей звуковых волн, которые наблюдаются в
практической деятельности, могут изменяться в очень широких пределах, до
10
16

раз. Измерять интенсивность в таких пределах сложно, а главное


ощущения человека, возникающие при воздействии звуковых волн,
пропо
рциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому
пользуются логарифмическими величинами


уровнем интенсивности звука
L
J

и уровнем звукового давления
L
, измеряемыми в децибелах:

,

,

где
J
o
,
P
o



поро
ги слышимости по интенсивности и давлению,

(
J
o
=10
-
12

Вт/м
2
,
P
o
=2

10
-
5

Па);
J
,
P



интенсивность и среднеквадратичное
давление данной звуковой волны (волн).


Область слышимых звуков ограничена двумя порогами: порогом
слышимости (
L

= 10
lg

J
o
/
J
o

= 0) и
порогом болевого ощущения,

J

=

100 мВт/м
2

(
L

= 10
lg

100 Вт/м
2

/ 10
-
12

Вт/м = 140 дБ).

10



Рисунок 5


Звуковая волна


Шум


совокупность периодических и апериодических звуков
различной интенсивности и частоты. Если апериодические волны в шуме
отсутствуют ил
и их доля мала, шум называется постоянным. Уровень
постоянного шума изменяется во времени не более чем на 5 дБА при
измерении на временной характеристике шумомера медленно”. При
непостоянном шуме это изменение превышает 5 дБА. Индекс А”,
появившийся в об
означении единицы измерения величин
L
J

и
L
, отражает то
обстоятельство, что при интегральной инструментальной (с помощью
шумомера) оценке общего уровня непостоянных и постоянных шумов
используется частотная характеристика А чувствительности шумомера. Она
и
митирует характеристику чувствительности уха человека, зарезающую”
объективное энергосодержание звуковых волн на высоких и особенно низких
частотах. Шкала шумомера, соответствующая этой характеристике,
называется шкалой А. Она используется для ориен
-
тиров
очной оценки
постоянного и непостоянного шума (уровень звука). Другая шкала шумомера


шкала С


соответствует практически линейной частотной характеристике
С (чувствительности шумомера, позволяющей измерять объективные
энергосодержания звуковых волн на де
вяти участках (в девяти октавах)
измеряемого диапазона частот).

11



Непостоянные шумы особенно негативно воздействуют на организм
человека, они делятся на импульсные, прерывистые, колеблющиеся,
продолжительные и кратковременные.


Рисунок 6


Воздействие шума

на человека


В биологическом отношении шум


заметный стрессовый фактор,
вызывающий срыв приспособительных реакций

1

. Биологические
последствия его действия: от функциональных нарушений регуляции
центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически выраж
енных
разрушительных процессов в разных органах. Степень шумовой патологии
зависит от интенсивности, нестационарности и продолжительности действия,
состояния ЦНС, от индивидуальной чувствительности организма к шуму.
Особенно чувствительны к шуму женский и
детский организмы.


Шум угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса,
может способствовать нарушению обмена веществ, возникновению
сердечнососудистых заболеваний, гипертонической болезни, может
приводить к профессиональным заболеваниям. Шум с

уровнем звукового
давления 40 ... 70 дБ в условиях среды обитания создаёт значительную
нагрузку на нервную систему и может стать причиной неврозов. Шум выше
75 дБ может привести к потере слуха
-

профессиональной глухоте. При
воздействии шума более 140 дБ
возможно разрушение барабанных
перепонок, контузия, а при шумах более 160 дБ и смерть

1

.

12



Критерий профессионального снижения слуха


показатель средней
арифметической величины снижения слуха, равный или больший, чем 11

дБ.
Помимо патологии органа слуха
при воздействии шума возникают
нарушения вестибулярной функции, а также общие изменения в организме:
головные боли и головокружение, боли в области желудка и желчного
пузыря и т.д. В целом, шум вызывает снижение функции защитных систем и
общей устойчивости

организма к внешним воздействиям.


Нормируемые параметры шума определены Санитарными нормами СН
2.2.4/2.1.8.562
-
96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых,
общественных зданий и на территории жилой застройки", а также ГОСТ
12.1.003
-
83

. Для нормировани
я постоянных шумов определены допустимые
уровни звукового давления в девяти октавных полосах в зависимости от вида
производственной деятельности (семнадцать видов) и назначения помещений
или территорий (12 видов). Для ориентировочной оценки в качестве
хара
ктеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах
допустимо принимать уровень звука (дБА), определяемый, как отмечалось,
по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону
чувствительности органов слуха

1

. Нормируемая хара
ктеристика
непостоянного шума


эквивалентный по энергии уровень звука, дБА,


,

где
t
i



относительное, в процентах от всего времени измерения, время
воздействия шума класса
L
i
;
L
i



уровень класса
i
, дБА.

Таблица 15
-

Допустимые у
ровни звукового давления, уровни звука и
эквивалентные уровни звука для одного из видов (классов) рабочих мест по
ГОСТ 12.1.003
-
83 с дополнениями 1989

г. (извлечение), а также для жилых
комнат квартир и т.п. помещений; для территорий, непосредственно
прил
егающим к жилым домам, учреждениям медицины и образования; для
площадок отдыха


по Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.562
-
96
.

13


Таблица 1

Уровни звука и эквивалентные уровни звука.

Места, для которых производится
нормирование

Уровни звукового давления, дБ,
в

октавных полосах со
среднегеометрическими частотами

Уровни звука и
эквивалентные
уровни звука, дБА

31,5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Помещения конструкторских бюро,
расчётчиков, программистов ВМ,
лабораторий для теоретических
работ

86

71

61

54

49

45

42

40

38

50

Жилые комнаты квартир, жилые
помещения домов отдыха,
пансионатов, домов
-
интернатов для
престарелых и инвалидов, спальные
помещения в детских дошкольных
учреждениях и школах
-
интернатах:

с 7 до 23 ч;

с 23 до 7 ч







76

67







63

55







52

44







45

35







39

29







35

25







32

22







30

20







28

18







40

30

Территории, непосредственно
прилегающие к жилым домам,
зданиям поликлиник, амбулаторий,
диспансеров, домов отдыха,
пансионатов, домов

интернатов
для престарелых и и
нвалидов,
детских учреждений, школ и
других учебных заведений,
библиотек:

с 7 до 23 ч;

с 23 до 7 ч









88

80









75

67









66

57









59

49









54

44









50

40









47

37









45

35









43

33









55

45

Площадки отдыха
на территории
микрорайонов и групп жилых
домов, домов отдыха, пансионатов,
домов
-
интернатов для престарелых
и инвалидов, площадки детских
дошкольных учреждений, школ и
других учебных заведений







80







67







57







49







44







40







37







35







33







45


Примечания. 1. Эквивалентные и максимальные уровни звука для
шума, создаваемого автомобильным, железнодорожным, авиационным
транспортом, в 2м от ограждающих конструкций первого ряда жилых и
14


общественных зданий, обращённых в сто
рону магистральных улиц,
принимается на 10 дБА выше приводимых в таблице 15.

2. УЗД в октавных полосах, уровни звука и эквивалентные уровни
звука шума, создаваемого в помещениях системами кондиционирования
воздуха, воздушного отопления и вентиляции, следуе
т принимать на 5 дБ
ниже указанных в таблице 15 или фактических уровней шума, если
последние не превышают значения, приведенные в таблице 15 (в этом случае
не учитывают поправки для тонального и импульсного шума, приведенные в
таблице 16)


В таблице 1

пр
иведены уровни звукового давления (объективные
энергетические характеристики шумов, дБ, в девяти октавах их реального
спектра измеряются по шкале С шумомера), уровни звука (для постоянных
шумов) и эквивалентные уровни звука, дБА (для непостоянных шумов) д
ля
одного из видов (классов) рабочих мест, требующих возможно меньшего
уровня шума. Здесь же приведены аналогичные параметры шумов для жилых
комнат квартир и т.п. помещений; для территорий, непосредственно
прилегающих к жилым домам, учреждениям медицины и
образования; для
площадок отдыха микрорайонов, учебных заведений, домов отдыха, домов
-
интернатов для престарелых и инвалидов.

Таблица 2

Значения поправок для определения допустимых уровней звукового давления
.

Влияющий
фактор

Условия

Поправка

, дБ
или дБА

Характер шума

Широкополосный шум

Тональный или импульсный шум (при
измерениях стандартным шумомером)

0

-
5


Место
расположения
объекта

Курортный район, места отдыха

Новый проектируемый жилой район

Район сложившейся застройки

-
5

0

+5


Примечания. 1. Попра
вки на место расположения объекта следует
учитывать только для внешних источников шума.

15


2. Поправку 5 дБ не следует применять для вновь строящихся зданий
в сложившейся застройке.

С другой стороны, обеспечение допустимых уровней шума зависит от
выполнения
нормативов для различных источников шума. Так, шум
транспорта, измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения,
должен соответствовать ГОСТ 27436
-
87 и ОСТ 27.004.022
-
86.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что уровень шумов для
жилых помещ
ений примерно на 10 дБ меньше, чем для самых
привилегированных” (в части шума) рабочих мест. Достаточно низкий
уровень шума определён для жилой зоны и площадок отдыха.




















16


2.2. Вибрация


Воздействия вибрации на человека классифицируются по
способу
передачи колебаний; по направлению действия вибрации; по временной
характеристике её

1

.

Общая вибрация передаётся через опорные поверхности на тело
сидящего или стоящего человека, локальная


через руки, через ноги
сидящего человека, через предпл
ечья, контактирующие с вибрирующими
поверхностями.

Вертикальная вибрация распространяется по оси Х, перпендикулярной
к опорной поверхности; горизонтальная
-

по оси
Y
, от спины к груди;
горизонтальная
-

по оси
Z
, от правого плеча к левому.

Вибрация называет
ся постоянной, если за время наблюдения
контролируемый параметр изменяется не более чем в 2 раза; при
непостоянной вибрации контролируемый параметр изменяется более чем в 2
раза.

Вибрация


фактор высокой биологической активности. Характер
реакции организм
а определяется силой энергетического воздействия и
биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной
колебательной системы.


Рисунок 7
-

Вибрация от автомобиля


17


Между вибрационным воздействием и реакцией нет прямой
зависимости. Причина этого видит
ся в резонансном эффекте. Последний
возможен при частотах вибраций,
больших,

чем 0,7 Гц. Так, область
резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях,
располагается в зоне между 20...30 Гц, при горизонтальных


1,5...2,0 Гц;
расстройство з
рительных восприятий проявляется в диапазоне 60...90 Гц; для
органов в грудной клетке и брюшной полости резонансная область
составляет 3,0...3,5 Гц и т.д.

Частота заболеваний определяется величиной дозы, клинические
проявления определяются спектром вибра
ций.

При действии общей вибрации страдают нервная система и
вестибулярный, зрительный, тактильный анализаторы: головокружения,
расстройство координации движений, симптомы укачивания, сужение и
выпадение отдельных секторов поля зрения, снижение болевой, так
тильной и
вибрационной чувствительности.

Толчкообразная вибрация вызывает микротравмы тканей. Общая
низкочастотная вибрация влияет на обменные процессы, проявляющиеся
изменением углеводного, белкового и других обменов, биохимических
показателей крови.

Чрез
вычайно распространена локальная вибрация


при работе с
ручным механизированным инструментом. Она вызывает спазмы сосудов
кисти, предплечий, чем нарушается снабжение конечностей кровью. Кроме
того, колебания действуют на нервные окончания, мышечные и кост
ные
ткани, что вызывает снижение кожной чувствительности и отложение солей
в суставах пальцев.

Время развития периферических расстройств, в основном, зависит не
столько от уровня, сколько от дозы вибрации в течение рабочей смены.
Заболевания развиваются в
течение 8…15 лет.

Усугубляют действие вибрации большие мышечные нагрузки,
неблагоприятные микроклиматические условия.

18


Длительное систематическое воздействие вибрации приводит к
развитию вибрационной болезни (ВБ). Она характерна для работающих, в
условиях н
аселённых мест ВБ не обнаруживается, несмотря на наличие ряда
источников вибрации (транспорт, промышленные источники вибраций и
т.д.). Тем не менее, лица, подвергающиеся воздействию вибраций
окружающей среды, чаще заболевают сердечнососудистыми и нервными
заболеваниями.

При гигиенической оценке нормируемыми параметрами вибраций
являются среднеквадратичные величины
L
v
, дБ, уровней виброскорости,
выраженных в виде:


,

где
V



среднеквадратичная виброскорость, м/с;
V
o



пороговая
виброск
орость, равная 5

10
-
8
м/с, или виброускорения для локальных
вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации


в октавных или
треть октавных полосах.

Таблица 3


Гигиенические нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012
-
90
.

Вид вибрации

Допустимый уровень вибро
скорости, дБ, в октавных полосах со
среднегеометрическими частотами, Гц

1

2

4

8

16

31,5

63

125

250

500

1000

Общая транспортная:












Вертикальная

132

123

114

108

107

107

107

-

-

-

-

Горизонтальная

122

117

116

116

116

116

116

-

-

-

-

Транспортно
-
технологическая

-

117

108

102

101

101

101

-

-

-

-

Технологическая

-

108

99

93

92

92

92

-

-

-

-

В производственных
помещениях без вибро
-
генерирующих машин

-

100

91

85

84

84

84

-

-

-

-

В служебных
помещениях,
здравпунктах,
конструкторских бюро,
лаборатор
иях

-

91

82

76

75

75

75

-

-

-

-

Локальная вибрация

-

-

-

115

109

109

109

109

109

109

109

19


Допустима интегральная оценка вибрации во всём частотном
диапазоне нормируемого параметра (эквивалентный уровень), а также по
дозе вибрации, учитывающий время воздей
ствия.


В таблице 17 приведены гигиенические нормы вибрации по ГОСТ
12.1.012
-
90. Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила
их измерения и оценки регламентируются Санитарными нормами СН
2.2.4/2.18.566
-
96. Основные нормируемые параметры виб
рации


средние
квадратичные величины уровней виброскорости и виброускорения в
октавных полосах частот.





















20


2.3. Инфразвук


В условиях производства инфразвук часто сочетается с
низкочастотным шумом, в ряде случаев


с низкочастотной вибраци
ей

2

.

При инфразвуке уровня 110 ... 150 дБ наблюдается нарушения в ЦНС,
сердечно сосудистой и дыхательной системах, в вестибулярном анализаторе.
Особенности реакции организма: головные боли, головокружение, осязаемые
движения барабанных перепонок, звон в

ушах и голове, снижение внимания
и работоспособности; возможно появление чувства страха, сонливость,
затруднённость речи; специфическая для инфразвука реакция


нарушение
равновесия. При 105 дБ наблюдается повышение тревожности и
неуверенности, эмоциональ
ной неустойчивости.


Рисунок 8


Воздействие инфразвука на человека

Установлено, что инфразвук и низкочастотные шумы близки по
характеру воздействия на организм.

Гигиенические нормативы для инфразвука установлены в СН
-
2274
-
80.
Для условий городской застро
йки нормирование инфразвука обеспечивается
21


санитарными нормами допустимых уровней инфразвука и низкочастотного
шума на территории жилой застройки № 42
-
128
-
4948
-
89 таблица 18.


Таблица 4


Предельно допустимые уровни звукового давления

на рабочих местах и н
а
территории жилой застройки
.


Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах частот со
среднегеометрическими частотами, Гц

Общий уровень
звукового
давления, дБ

2

4

8

16

31,5

на рабочих местах

105

105

105

105

102

110

на территории жилой застройки

90

90

90

90

90

-















22



3. Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений

3.1. Защита от шумов



Необходимость защиты от действующих источников шума
определяется сравнением результатов измерений уровней
L
,
L
Аэкв

с
нормативами для рабочей

зоны или окружающей среды

1, 2

. Для
проектируемых объектов необходимость защиты определяется на основании
акустического расчёта, выполняемого по следующей схеме:

1) исходный момент расчёта


шумовые характеристики источников
шума: уровень звуковой мощно
сти (УЗМ)
L
р

на стандартных
среднегеометрических частотах (
L
p

= 10
lg

P
/
P
o
, Р


звуковая мощность
источника, Вт; Р
о

= 10
-
12

Вт) и показатель направленности излучения шума
G
,
дБ,
G

= 10
lg
Ф. Здесь Ф


коэффициент направленности излучения шума. Эти
характерист
ики определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.024
-
81 и др. и
приводятся заводом


изготовителем в технической документации на
стационарные машины и оборудование;

2) выбор т.н. расчётной точки (РТ): для источников шума, излучающих
его в окружающую среду, РТ в
ыбирают на расстоянии 2м от плоскости окон
ближайших жилых или общественных зданий. На территории жилых
микрорайонов, больниц, санаториев, школ и детских садов РТ выбирают на
расстоянии 2 м от границ территории на высоте 1,2 м от поверхности земли;

3) оп
ределение ожидаемых УЗД в РТ. Например, для общего случая
шума звуковой мощностью Р, Вт, интенсивность звука в РТ


,





(2)

где Р


звуковая мощность источника, Вт; Ф


коэффициент направленности
излучения шума;
S



площадь, на ко
торую излучается звуковая энергия, м
2
;
k



коэффициент затухания звука;
S

=


r
2
. Для источника, расположенного
23


в пространстве,


= 4

, на поверхности территории или ограждающих
конструкций, зданий
-



= 2

.

Деление (2) на
J
о

и логарифмирование его даёт

искомый для РТ
уровень звукового давления:


,

где

L
p
о
n



снижение УЗМ на пути распространения в открытом простанстве
(из
-
за затухания звуковых волн); при отсутствии препятствий и расстояниях
r



50м величиной

L
p
о
n

можно пренебречь;

4) определение требуемого снижения шума


L
ТР

=
L

-

L
ДОП.





(3)

Величину

L
ТР

можно обеспечить, снижая шум в источнике или на
пути его распространения;

5) выбор мер для обеспечения требуемого снижения УЗД:

-

замена шумного устаревшего оборудования, а при

проектировании


выбор оборудования с лучшими шумовыми характеристиками;

-

оптимальная ориентация источника шума по отношению к РТ для
снижения показателя
G
: устройства для забора и выброса воздуха
аэродинамических установок необходимо устанавливать так,
чтобы
излучение шума шло в противоположную сторону от жилых и общественных
зданий;

-

обеспечение максимально возможного расстояния между РТ и
источниками шума за счёт проведения архитектурно
-
планировочных
мероприятий;

-

акустическая обработка средствами зв
укопоглощения шумных
помещений, через окна которых шум излучается в атмосферу.

24




Рисунок 9
-

Звукопоглощающие материалы и конструкции

Звукопоглощающие материалы и конструкции используются для
поглощения звука, как в помещении самого источника шума, так и

в
изолируемых от шума помещениях. В последнем случае звукопоглощение и
звукоизоляция используются совместно. Звукопоглощающие материалы


пористые и рыхлые волокнистые материалы (ультратонкое стеклянное и
базальтовое волокно, минеральная вата и плиты на е
ё основе и т.п.).
Падающие на них звуковые волны вызывают колебания в мелких порах
материала, которые сопровождаются трением (из
-
за вязкости воздуха) и
переходом кинетической энергии в тепловую;

-

уменьшение шума на пути его распространения от источника до

РТ.
Это мероприятие включает в себя следующее:

а) использование звукоизоляционных материалов и конструкций для
наружных стен, окон, ворот, дверей и т.д., которые обеспечивают требуемую
звукоизоляцию. Для звукоизолируемых помещений звукоизоляция более
эффе
ктивна, чем звукопоглощение: с её использованием можно обеспечить
снижение шума на 20…50 дБ, а при обработке стен звукоизолируемого
25


помещения звукопоглощающим материалом снижение шума может
составить только 5…8 дБ.

Для звукоизолирующих ограждений конечных
размеров (в виде
листов) с поверхностной плотностью
m

(массой одного квадратного метра
ограждения, кг/м
2
) при частоте
f

звуковых волн получено выражение для
звукоизоляции ограждения
R
, выраженной в децибелах

2

:

R

= 20
lg

mf



47,5


Подбирая величину
m

(за

счёт удельного веса материала и толщины
листа), можно получить величину требуемой звукоизоляции
R
тр
, равную или
большую требуемого снижения шума

L
ТР
, определяемого по формуле

(4.3).


На практике применяют однослойные и многослойные конструкции,
например,

однослойные (два или более) ограждения из твёрдых плотных
материалов (газобетон, металл) в сочетании со слоями пористых металлов
(минеральная вата и др.);

б) устройство звукоизолирующих кожухов для размещения шумного
оборудования. Эффективность
кожуха за
висит не только от
звукоизоляции его элементов, но и от
герметичности. Стенки кожуха
изготавливают из листовых
несгораемых материалов (сталь,
дюралюминий и др.), облицованных
изнутри звукопоглощающим
материалом толщиной до100мм.

Рисунок 10


Звукоизолирую
щие кожухи

Воздухопроводы (если они есть) подсоединяются к изолируемому
оборудованию через гибкие вставки и часто вводятся в кожух посредством
глушителей. Эффективность кожуха определяется величиной его
звукоизоляции
R
;

26



в) применение экранов, препятствующ
их распространению звука от
оборудования предприятия. Как правило, они устанавливаются на
территории предприятия для экранирования открыто установленных
источников шума в окружающей среде. Экраны могут быть плоскими или П
-
образными, чаще всего со звукопогл
ощающей облицовкой толщиной не
менее 50 мм со стороны источника шума. Ширина и высота экрана должны в
три и более раз превышать размеры источника, чтобы зона акустической
тени и

L
экр

были возможно большими;


Рисунок 11


экранирование источников шума


г)

использование средств виброизоляции и вибродемпфирования.
Интенсивные вибрации практически всегда сопровождаются возникновением
шумов. Один из методов борьбы с вибрацией и шумом


установка
виброгенерирующего оборудования без фундаментов, непосредственно
на
виброизолирующих опорах (одиночные или составные цилиндрические
пружины, листовые рессоры, резиновые или пластмассовые прокладки, а
также комбинированные виброизоляторы: пружинно
-
рессорные, пружинно
-
пластмассовые и др.). Этим значительно удешевляется мо
нтаж оборудования
и снижается уровень шумов. Для уменьшения вибраций и шумов
виброизоляция может быть размещена между оборудованием и
фундаментом. Цели уменьшения шума служит установка виброизоляции при
прокладке воздуховодов систем вентиляции и трубопрово
дов внутри
строительных конструкций.

27



Уменьшение вибраций и шумов достигается также вибродем
-
пфированием, основанном на увеличении потерь энергии в колебательных
системах, например, за счёт применения материалов с большим внутренним
трением


чугунов с мал
ым содержанием углерода и кремния, сплавов
цветных металлов. При этом увеличение коэффициента


потерь энергии
происходит за счёт возрастания коэффициента вязкого трения

:


=



/
b
.
Здесь


-

угловая частота вибраций, Гц;
b

-

жёсткость системы, Н/м. Боль
ших
потерь энергии вибрационных колебаний и снижения уровня шумов
достигают использованием вибродемпфирующих покрытий для
трубопроводов и газопроводов компрессорных станций и воздуховодов
систем вентиляции. Покрытия изготавливаются в виде мастик (мастика А
-
2,
ВД
-
17
-
63, Адем НШ
-
2, СКЛ
-
25 и др.) и листового материала (пенопласт
ПХВ
-
Э, минераловатная плита, винипор технический, фольгоизол и др.);

д) установка глушителей в источниках шума. Генерация шума в таких
источниках связана со сбросом (выхлопом) сжатого
воздуха, продуктов
горения и т.п.


Глушители абсорбционного типа устроены так, что газ на выходе в
атмосферу проходит через звукопоглощающие материалы и конструкции, где
и теряет энергию. Так, в простейших, трубчатых глушителях газ проходит по
каналам круг
лого или квадратного сечения, выполненным из
перфорированного листового материала с коэффициентом перфорации не
менее 0,2; каналы облицованы слоем звукопоглощающего материала
(супертонкое стеклянное или базальтовое волокно), защищённого от
выдувания слоем
прочной ткани, например, стеклоткани Э3
-
100.


Глушители реактивного типа применяют в основном для снижения
шума с резко выраженными дискретными составляющими. Снижение шума в
них происходит в результате отражения звука обратно к источнику. Так,
камерный гл
ушитель представляет собой внезапное расширение участка
трубопровода (то есть неоднородность в канале передачи вещества и
энергии, от которой и происходит отражение части энергии). Величина
28


заглушения определяется по графикам с использованием величины
m

от
ношения площадей сечения камеры
F
k

и трубопровода
F
Т

(
m

=
F
k

/
F
Т
) и
величины
kl
k

(
k

= 20
f
/
c



волновое число, м
-
1
;
f

и
c



частота и скорость
звука;
l
k



длина камеры). Наибольшее заглушение достигается при частоте,
при которой четверть длины волны равна

длине камеры
l
k
, максимумы
заглушения повторяются при нечётных числах четвертей волны
n

/4, где
n

=
1, 3, 5 ....


Комбинированный глушитель содержит в себе и абсорбционный, и
реактивный глушители, каждый из которых рассчитан на снижение шума в
определённ
ой области частот. При этом "реактивная" часть комбинирован
-
ного глушителя ответственна за снижение уровня низкочастотных шумов,
абсорбционная


за снижение уровня средне
-

и высокочастотных шумов;

-

организация своевременного проведения ремонта, смазки
обо
рудования, машин и т.п., ограничение или запрещение шумных работ и
эксплуатации интенсивных источников шума в ночное время.















29


3.2. Защита от вибраций



Как и в случае любого другого загрязнителя, вибрацию можно снизить
либо путём совершенствова
ния (в части уменьшения вибрации) технологий
(машин, оборудования и т.д.), то есть путём снижения вибрации в источнике
её возникновения, либо путём принятия мер по снижению этого загрязнения
после его выхода из источника


на путях распространения вибрации

в
окружающей среде. Эти меры (мероприятия)


аналог устройств
(сооружений) очистки выбросов или сбросов от химических загрязнителей
биосферы.


Минимизация вибраций в источнике производится и на этапе
проектирования, и в период эксплуатации. При проектиров
ании машин и
оборудования следует отдавать предпочтение кинематическим и
технологическим схемам, которые исключают или максимально снижают
динамику процессов, вызываемых ударами, резкими ускорениями и т.п.


Одна из причин вибраций оборудования с вращающими
ся элементами


смещение центра масс относительно оси вращения, что приводит к
возникновению неуравновешенной центробежной силы
F

=
me

2
, где
m



масса вращающейся системы,


-

угловая скорость,
e



эксцентриситет
центра массы относительно оси вращения. Дл
я снижения уровня
возникающих вибраций необходимо применять балансировку вращающихся
частей в соответствии с ГОСТ 22.061
-
76 "Машины и технологическое
оборудование. Системы классов точности балансировки”, а также принимать
меры по устранению излишних люфто
в и зазоров в рамках периодического
освидетельствования машин и механизмов как источников вибрации.


Другой путь снижения вибраций в источнике


устранение
резонансных режимов работы оборудования. При проектировании это
должно быть достигнуто выбором режим
ов работы при тщательном учёте
собственных частот машин и механизмов. При эксплуатации возможны
изменения характеристик жёсткости агрегатов и даже их массы, что
30


приводит к изменению собственных частот, возможны и изменения режимов
работы. Всё это может при
близить собственную частоту машины к частоте
вынуждающей силы и стать причиной возникновения интенсивных
вибраций.


Поскольку собственная частота систем


,

где
b

и
m



жёсткость и масса системы, то изменяя
b

или
m
, или обе
характерист
ики, можно исключить режим резонанса.


Метод виброгашения основан на увеличении жёсткости и массы
корпуса машин или станин станков путём их объединения в единую систему
с фундаментом


с помощью анкерных болтов или цементной подливки.
Образующееся при этом

виброзащитное устройство, увеличивающее
рассеяние энергии в результате повышения диссипативных свойств системы,
является поглотителем вибраций.


В методе виброизоляции снижение уровня вибрации на пути её
распространения достигается установкой упругодемпфи
рующего устройства


виброизолятора между источником вибрации и её приемником, например,
фундаментом, являющимся одновременно объектом защиты.










31


3.3. Защита от инфразвука



Длины волн инфразвуковых колебаний значительно превосходят
длины волн звуко
вых колебаний. Это во многом предопределяет отличие
средств инфразвуковой защиты от применяемых для защиты от шума: длины
инфразвуковых волн значительно больше размеров препятствий на пути их
распространения. Защита расстоянием в данном случае неэффективна
:
затухание инфразвуковых колебаний в приземном слое атмосферы не
превышает 8

10
-
6

дБ/км.


Основные направления защиты:

1) изменение режима работы технологического оборудования, чтобы
основная частота следования силовых импульсов
f

=
n
/60 лежала за
предела
ми инфразвукового диапазона. Следует также предусматривать
ограничение (там, где возможно) скорости движения транспорта и скорости
истечения паров, газов, сжатого воздуха, при выборе конструкции отдавать
предпочтение компактным (малогабаритным) машинам;

2)

целесообразно использование глушителей шума для подавления
инфразвуковых гармоник всасывания и выхлопа мощных стационарных
дизельных, компрессорных установок, ДВС и турбин.

Звукоизоляция инфразвука требует применения мощных строительных
конструкций с масс
ой одного квадратного метра 10
5

... 10
6

кг. Для обычной
же звукоизоляции, например, для двойных оконных рам в инфразвуковом
диапазоне эффект звукоизоляции полностью отсутствует.

Метод звукопоглощения инфразвуковых колебаний может быть
осуществлён при испол
ьзовании резонирующих панелей типа конструкций
Бекеши: прямоугольные рамы, например, размером 4х2 м, на которые
крепится тонкостенная мембрана (металл, фанера, воздухонепроницаемая
плёнка). Конструкция может быть настроена на определённую частоту
инфразвук
а и может эффективно использоваться в диапазоне более высоких
32


частот звуковых колебаний


при заполнении полости резонатора
звукопоглощающим материалом, фиксируемым мелкоячеистой сеткой.

4. Методы и приборы для измерения шума, инфразвука и вибраций

Измере
ние шума в зоне жилой и общественной застроек производится
на высоте 1,2 м в точках, отстоящих от стен зданий не меньше, чем на 2 м; в
самих помещениях (при открытых форточках)


не менее чем, в трёх точках
на высоте 1,2 м, удалённых на 1,2 м и более от с
тен

1, 2

.

Уровни звукового давления постоянного во времени шума измеряются
в октавных полосах частот, дБ. Измерение, уровней звука, дБА, (при этом
шумомер включают в положение медленно”) позволяет только сравнить
шум с допустимыми нормами; знание октавн
ых уровней звукового давления
позволяет, помимо сравнения с октавными нормативами, осознанно строить
работу по защите от шума.

Изменение уровней звука, дБА, непостоянного шума проводится в
течение наиболее шумных 0,5ч с регистрацией уровней на ленте самоп
исца.
Отсчёты со шкалы шумомера берутся через


5с, импульсные шумы
измеряются в положении импульс”. Основные типы приборов для контроля
шумов: ВШВ
-
003, ВКЩ
-
1 с фильтрами ФЭ
-
2, ШУМ
-
1М, ШМ
-
1, ШИН
-
01.

33



Рисунок 12
-

Системы для измерения инфразвука

Системы
для измерения инфразвука должны состоять из приборов 0
-
го
и 1
-
го классов точности


шумомеры от 2Гц по ГОСТ 17187
-
81 с октавными
фильтрами по ГОСТ 17168
-
82. На территории, непосредственно
прилегающей к жилым домам, измерение проводится на расстоянии 0,3 м
от
ограждающих конструкций зданий как со стороны источника инфразвука,
так и с противоположной стороны.

Измерение уровней вибраций в октавных полосах со
среднегеометрическими значениями от 31,5 до 8000 Гц производится той же
аппаратурой, что и для измерени
я шума, с заменой микрофона виб
-
родатчиком. Из отечественной аппаратуры используется измеритель шума и
вибрации ВШВ
-
003. Использование интегратора типа
ZK
-
020 даст
возможность измерения не только уровней виброускорения, но и уровней
виброскорости и вибросм
ещения. Используемые российские вибродат
-
чики
(пьезоэлектрические) Д13, Д28.

34


Для измерения вибрации в октавных полосах
частот со среднегеометрическими значениями 16
Гц и ниже используется отечественная аппаратура
ВМ
-
1 с фильтрами ФЭ
-
2, либо измерительные
тракты фирм БиК и 
Robotron
ª с фильтрами 1614 и
О
F
-
201.


Рисунок 13


Аппарат для измерения вибрации


Контрольные вопросы к главе №
1

1.

Перечислите о
сновные источники виброакустических загрязнений.

2.

Перечислите х
арактеристики акустических колебаний, вибрации
и
инфразвука.

3.

Опишите б
иологическое действие акустических колебаний,
вибрации и инфразвука.

4.

Перечислите п
риборы для измерения шума, инфразвука и
вибраций.

5.

Укажите единицы измерения уровня шума.

6.

Укажите диапазон звуковых колебаний воспринимаемых человеком.

7.

Перечислите профессиональные болезни, вызванные воздействием
шума и вибрации.









35


Глава№2.
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ТЕПЛОВЫХ
ЗАГРЯЗНЕНИЙ


Введение

По распространению и по масштабам воздействия тепловое
загрязнение


один из наиболее крупных видов фи
зического загрязнения
окружающей среды: с довольно большой степенью достоверности можно
считать объёмы потребления энергопотребителем топлива, горячей воды,
пара одновременно и объёмами теплового загрязнения прилегающего района.
Динамика теплового загрязне
ния в мире от энергетических производств
представлена в таблице 1.
[1]

Таблица
5

Динамика теплового загрязнения в мире от энергетических производств
.


Показатель

1972 г.

1986 г.

2000 г.

Мощность потока теплового
загрязнения, млн. МВт

6,0

9,6

32,0

Отвод те
пла в окружающую
среду в год, млн. Гкал

45200

72300

241000



Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической
эксплуатации, был создан шотландским изобретателем Джеймсом Уаттом:
именно ему паровая машина в ее теперешнем виде обязана своим появл
ением
на свет и введением в практику обыденной жизни.

Тепловой двигатель
-

устройство, преобразующее внутреннюю
энергию топлива в механическую энергию.
Наибольшее значение имеет
испол
ьзование тепловых двигателей на

тепловых электростанциях, где они

приводя
т в движение роторы ген
ераторов электрического тока.
Тепловые
двигатели (паровые турбины) устанавливаются на тепловых
электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов
36


электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для
получения

пара высокой температуры. На всех основных видах современного
транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на
автомобильном
-

поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном
-

двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железно
дорожном
-

тепловозы с дизельными установками, в авиации
-

поршневые,
турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей
современная цивилизация немыслима: мы не имели бы в изобилии дешевую
электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоро
стного транспорта.


Жизнь современного человека связана с широким использованием не
только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек
чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте,
все помещения должны отапливатьс
я и снабжаться горячей водой для
бытовых целей. Так как это напрямую

связано

со здоровьем человека, в
развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода
помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами.
Такие условия мог
ут быть реализованы в большинстве стран мира только
при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику)
определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного
воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной
темпе
ратурой у потребителей около 80
-
90 °C. Также для различных
технологических процессов промышленных предприятий может требоваться
так называемый производственный пар с давлением 1
-
3 МПа. В общем
случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой,

состоящей из: источника тепла, тепловой сети, теплоприёмника.
[2]





37


1
. Тепловые сети

Тепловая сеть



это сложное инженерно
-
строительное сооружение,
служащее для транспорта

тепла с помощью теплоносителя, во
ды или пара, от
источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.



Теплоснабжение


Централизованное Децентрализованное
п
Рисунок 14
-

Виды теплоснобжения
38


1
.1. Централизованное теплоснабжение


Характерной чертой цен
трализованного теплоснабжения является
наличие
разветвлённой тепловой сети
, от которой питаются многочисленные
абоненты (заводы, здания, жилые помещения и пр.).

Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:



теплоэлектроцентрали (Т
ЭЦ), которые также могут вырабатывать и
электроэнергию;



котельные, которые делятся на: водогрейные и паровые.


Рис
унок 15

-


Схема централизованного отопления


39


Достоинства:



Вывод взрывоопасного технологического оборудования из жилых домов;



Точечная конц
ентрация вредных выбросов на источниках, где с ними можно
эффективно бороться
;



Возможность работы на разных видах топлива, включая местное, мусоре, а
также возобновляемых энергоресурсах
;



Относительно гораздо более высокий электрический КПД крупных ТЭЦ и
те
пловой КПД крупных котельных работающих на твердом топливе
;



Возможность замещать простое сжигание топлива (при температуре 1500
-
2000 °С для подогрева воздуха до 20 °С) тепловыми отходами
производственных циклов, в первую очередь теплового цикла производств
а
электроэнергии на ТЭЦ
;



Экологичнос
ть.

Недостатки:



Протяженные тепловые сети
;



Источник тепловой энергии, тепловые сети и потребитель
-

звенья
единой технологической цепочки, качество зависит от работы всех элементов
её составляющих; все взаимозависимы и н
арушения технической
дисцип
лины одного сказываются на всех;



При подземной прокладке, требуют периодических
ремонтов/разрытий, что осложняет дорожную обстановку
;



При надземной прокладке, нарушают благоустройство города
;



Летние отключения горячей в
оды на вре
мя плановых ремонтов
;



Дополнительные т
епловые потери при
передаче
.

40



Рис
унок 16
-

Структура потерь тепла























41


1
.2. Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если
источник

теплоты и теплоприёмник
практически совмещены
, то есть
тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует.

Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом
помещении используются отдельные отопительные приборы, например
электрические, или местным, например обогрев
здания с помощью
собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких
котельных не превышает
1

Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых
источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и
определяется потребностями их владельцев.

Д
ецентрализованное газовое отопление главным образом представляет
две технологии:

Конвекция:

газовые воздухонагреватели, включающие горелку,
теплообменник и вентилятор

Лучистое отопление:

светлыеª и темныеª инфракрасные
обогреватели


Рисунок 17
-


Схема
децентрализованного отопления


42


Достоинства:



Отсутствие необходимости отводов земли под тепловые сети и котельные
;




Снижение потерь теплоты из
-
за отсутствия внешних тепловых сетей,
снижение потерь сетевой воды, уменьшение затрат на водоподготовку;



Значитель
ное снижение затрат на ремонт и обслуживание
оборудование
;



Пользователь самостоятельно регулирует температурный режим
исходя из своих ощущений теплового комфорта, в том числе сам принимает
решение о начале отопительного сезона
;



В условиях заниженных цен на

газ и электроэнергию для населения
по сравнению с ценами для ТСО может быть экономически выгодным,
особенно в условиях низкой плотности тепловых нагрузок
;



Полная автоматизация режимов потребления. В автономных
системах теплоснабжения не рекомендуется испо
льзовать неподготовленную
воду из водопровода в виду ее агрессивного воздействия на элементы котла,
что вызывает необходимость в фильтрах и других устройствах
водоподготовки.

Недостатки:



Меньшая безопасность (вероятность отравления угарным газом,
вероятнос
ть взрыва газа)
;



Низкая высота дымовых труб

(ухудшаются условия рассеивания)
.









43


2. Тепловые сети г.

Ижевск



Рис
унок 18
-


ТЭЦ
-
1


ТЭЦ
-
1, установленной электрической мощностью
-

300 МВт, тепловой


1000 Гкал/ч, расположена в Центральном промрайоне (п
о адресу:
пр.Дерябина,7) на берегу

Ижевского пруда.

Основным топливом на ТЭЦ
-
1 является природный газ, в качестве
аварийного топлива используется топочный мазут.

Часть генерирующего оборудования тепловой электростанции были
введены в эксплуатацию в 50
-
х г
одах и полностью выработали свой ресурс.

2 июня 2014 года на Ижевской ТЭЦ
-
1 состоялся пуск новой
парогазовой установки.



44



Рисунок 19
-


ТЭЦ
-
2


ТЭЦ
-
2, установленной электрической мощностью
-

390 МВт, тепловой
-

1474 Гкал/ч, расположена в Северо
-
Восточном

промрайоне города (по
адресу: ул. Воткинское

шоссе,284).

Мощность ТЭЦ
-
2 ограничена в связи с недостаточной установленной
паро
-
производительностью котлов и недостаточной производительностью
устройств в схемах

технического водоснабжения.

В настоящее время
основным топливом на ТЭЦ являются: кузнецкий
уголь
-

для энергетических котлов, природный газ
-

для водогрейных котлов.
Резервное топливо
-

избытки природного газа
-

для энергетических котлов,
мазут
-

для водогрейных котлов.

45



Рис
унок 20
-


Промышленная ко
тельная


В настоящее время в г.

Ижевске в эксплуатации 28 промышленных
котельных, суммарная производительность установленного оборудования
этих котельных составляет:

в паре
-

1040т/час; в горячей воде
-

2471 Гкал/час.

Практически все из них, за исключением

котельных АО
Стройкерамикаª, РОАО Удмуртгазª, ОАО Удмуртгеофизикаª и филиала
ГУП Удмуртлестоппромª имеют

значительную производительность, а 8 из них
-

тепловую мощность
более 100 Гкал/час.

27 промышленных котельных в качестве основного топлива
использ
уют природный газ. В 14
-

ти котельных резервным топливом
является мазут. В котельной филиала

ГУП Удмуртлестоппромª в качестве топлива используется уголь.




46


3. Тепловые потери



Рис
унок 21
-


Тепловые потери

Источники потерь

Любую теплоэнергетическую с
истему с целью анализа можно условно
разбить на три основные участка:

1.

участок производства тепловой энергии (котельная);

2.

участок транспортировки тепловой энергии потребителю
(трубопроводы тепловых сетей);

3.

участок потребления тепловой энергии (отапливаем
ый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными
непроизводительными потерями, снижение которых и является основной
функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая
котельная.


Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями
которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и
передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд
физико
-
химических процессов, каждый из
которых имеет свой КПД. И
любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет
47


часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов
изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе
ко
тлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом
топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через
обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные
нужды котельной (около 3%). Указанные цифры теплов
ых потерь
приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с
КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют
реальный КПД около 80
-
85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако
они могут дополнительно возрастать:



Е
сли своевременно и качественно не проведена режимная наладка
котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с
недожогом газа могут увеличиваться на 6
-
8 %;



Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней
мощности обычно не пересчиты
вается под реальную нагрузку котла.
Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на
которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к
снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и
возрастанию на 2
-
5% потерь с химическим

недожогом топлива и
уходящими газами;



Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как
правило, один раз в 2
-
3 года, это снижает КПД котла с
загрязненными поверхностями на 4
-
5% за счет увеличения на эту
величину потерь с уходящими газами. Кроме
того, недостаточная
эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к
появлению химических отложений (накипи) на внутренних
поверхностях котлоагрегата значительно снижающих
эффективность его работы.

48




Если котел не оборудован полным комплектом ср
едств контроля и
регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами
регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если
средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то
это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%.



При нару
шении целостности обмуровки котла возникают
дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с
недожогом и уходящими газами на 2
-
5%



Использование современного насосного оборудования в котельной
позволяет в два
-
три раза снизить затраты электр
оэнергии на
собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и
обслуживание.



На каждый цикл "Пуск
-
останов" котлоагрегата тратится
значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации
котельной
-

ее непрерывная работа в диапазоне мощно
стей,
определенном режимной картой. Использование надежной запорной
арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих
устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из
-
за
колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в
котельной.

Пере
численные выше источники возникновения дополнительных
потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их
выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь
-

потери
с недожогом, могут быть определены только с помощью химического

анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой
составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается
правильное соотношение смеси топливо
-
воздух, имеются неконтролируемые
присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство раб
отает в
неоптимальном режиме др.

49


Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только
при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20
-
25%!

2. Потери тепла на участке его транспортировки к потребителю.

Существующие трубопроводы теп
лосетей.

Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю,
поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД
данного участка обычно определяется следующим:



КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по
те
плотрассе;



потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со
способом укладки и изоляции трубопроводов;



потерями тепловой энергии, связанными с правильностью
распределения тепла между объектами
-
потребителями, т.н.
гидравлической настроенностью

теплотрассы;



периодически возникающими во время аварийных и нештатных
ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе
теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства
энергии редко соста
вляет больше 1,5
-
2 км и общая величина потерь обычно
не превышает 5
-
7%.

Однако:



использование отечественных мощных сетевых насосов с низким
КПД практически всегда приводит к значительным
непроизводительным перерасходам электроэнергии.



при большой протяж
енности трубопроводов теплотрасс
значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает
качество тепловой изоляции теплотрасс.



гидравлическая налаженность теплотрассы является
основополагающим фактором, определяющим экономичность ее
50


работы. Подключе
нные к теплотрассе объекты теплопотребления
должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло
распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая
энергия перестает эффективно использоваться на объектах
потребления и возникает ситуация
с возвращением части тепловой
энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо
снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества
отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях.



если вода для систем горячего водоснабжения (ГВС) п
одогревается
на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС
обязательно должны быть выполнены по циркуляционной схеме.
Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около
35
-
45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивает
ся
впустую.

Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны
превышать 5
-
7%. Но фактически они могут достигать величины в 25% и
выше!

3. Потери на объектах потребителей тепла. Системы отопления и ГВС
существующих зданий.

Наиболее существенными сост
авляющими тепловых потерь в
теплоэнергетических системах являются потери на объектах
-
потребителях.
Наличие таковых не является прозрачным и может быть определено только
после появления в теплопункте здания прибора учета тепловой энергии, т.н.
теплосчетчика
. Опыт работы с огромным количеством отечественных
тепловых систем, позволяет указать основные источники возникновения
непроизводительных потерь тепловой энергии. В самом распространенном
случае таковыми являются потери:



в системах отопления связанные с н
еравномерным распределением
тепла по объекту потребления и нерациональностью внутренней
тепловой схемы объекта (5
-
15%);

51




в системах отопления связанные с несоответствием характера
отопления текущим погодным условиям (15
-
20%);




в системах ГВС из
-
за отсутст
вия рециркуляции горячей воды теряется
до 25% тепловой энергии;



в системах ГВС из
-
за отсутствия или неработоспособности регуляторов
горячей воды на бойлерах ГВС (до 15% нагрузки ГВС);



в трубчатых (скоростных) бойлерах по причине наличия внутренних
утечек
, загрязнения поверхностей теплообмена и трудности
регулирования (до10
-
15% нагрузки ГВС).

Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления
могут составлять до 35% от тепловой нагрузки!

Главной косвенной причиной наличия и возрастания
вышепе
речисленных потерь является отсутствие на объектах
теплопотребления приборов учета количества потребляемого тепла.
Отсутствие прозрачной картины потребления тепла объектом обуславливает
вытекающее отсюда недопонимание значимости принятия на нем
энергосбере
гающих мероприятий.3













52


4. Воздействие на окружающую среду, растительный и животный мир, и
человека



Рисунок 22
-

Воздействие на окружающую среду, растительный и
животный мир, и человека

По оценкам ученых, тепло антропогенного происхождения в
настоящее
время еще неизмеримо мало по сравнению с теплом, поступающим от
Солнца и из земных недр, и составляет примерно 0,005 % этого количества, и
таким образом не может существенно сказаться на тепловом балансе Земли.

Температура


пожалуй, важнейший и
з абиотических факторов,
влияющих на процессы в мире микроорганизмов, на выживание животных и
растений. Последнее сегодня особенно актуально для водной фауны и флоры,
поскольку по сложившейся технологии сброса избыточного тепла
значительная его часть отвод
ится в водоёмы, что при относительно малом
объёме поверхностных вод (средний расход планетарного поверхностного
стока составляет


1,24

10
-
3
км
3
/с) приводит к их значимому подогреву.

Для каждого вида существует свой интервал температур,
благоприятный для о
битания. Для любого конкретного вида диапазон
переносимых температур относительно узок, в некоторых случаях


крайне
53


узок, до нескольких градусов по Цельсию. У теплокровных животных развит
набор механизмов для поддержания тела в требуемых температурных
пре
делах, в том числе механизм поведенческого регулирования температуры:
например, рыба, перемещаясь, находит место с оптимальной для неё
температурой. Организмы же, не способные перемещаться (укоренённые
растения, взрослые устрицы) находятся в полной зависим
ости от
температуры окружающей воды, и таких организмов много, если не
большинство. Но даже рыбы могут стать жертвой теплового загрязнения:
привыкнув к подогретой воде, они оказываются беззащитными перед водой с
естественной температурой, например, зимой,
когда ТЭС по каким
-
либо
причинам временно прекращает тепловые сбросы в реку (ремонт и т.п.).

Однако мощные источники антропогенных выбросов тепла при
условии их высокой концентрации на небольших территориях могут
оказывать заметное влияние на тепловой режи
м этих территорий,
пространств, акваторий. Температура воздуха зимой в крупных городах
обычно на несколько градусов выше, чем поблизости расположенных
небольших населенных пунктах. Также заметно изменяется тепловой режим
рек и озер при сбросе в них сточных

нагретых вод тепловых электростанций.
Это существенно влияет на условия обитания водных организмов и на
структуру экологических систем таких водоемов. Таким образом, влияние
мощных антропогенных источников тепла на биосферу вполне ощутимо,
хотя и имеет ло
кальный характер.

Наиболее уязвимыми к тепловому загрязнению с экологической точки
зрения оказываются поверхностные воды в районах с ТЭЦ, АЭС и других
источников нагретых стоков. Несмотря на повсеместное внедрение систем
оборотного водоснабжения
,

сбросы т
еплых сточных вод в поверхностные
водоемы остаются значительными. Вследствие этого нарушается
установившийся гидрологический режим, водоемы позже покрываются
льдом, раньше освобождаются от него, а иногда вообще, становятся
незамерзающими. При этом меняется

флора и фауна водоемов, исчезают
54


ценные породы рыб, падает их численность.

Воз
можна тепловая гибель рыб,
так как
для каждого вида существует свой интервал температур, наиболее
благоприятный для его выживания. При увеличении температуры воды
происходит пон
ижение концентрации кислорода
.
Возможно снижение
репродуктивной функции организмов
,

так

форели необходимы низкие
температуры воды летом для формирования нормальных, жизнеспособных
икринок. Взрослые особи способны выжить в тёплой воде, но они не смогут
разм
ножаться. Другой пример: повышение температуры может вызвать
раннее вылупление насекомых из яиц


раньше, чем в обычных, без нагрева
воды, условиях. Затем они погибают, так как в это время го
да пища для них
ещё не готоваª
. В перспективе такие и подобные э
ффекты могут стать более
губительными для популяции, чем непосредственная гибель от перегрева
воды. Температура может оказывать воздействие на структуру всего водного
сообщества. Например, изменение температуры может изменить
конкурентные позиции различных

видов. В целом, повышение температуры
ведёт к упрощению водных сообществ, то есть число различных видов
уменьшается, хотя количество представителей отдельных видов может быть
велико. В исследованиях показано, что при 31

С число видов уменьшалось
вдвое, че
м при 26

С, при повышении температуры до 34

С исчезли ещё 24 %
видов. По
-
видимому, такие экосистемы гораздо менее устойчивы, чем
исходная, более сложная экосистема.

Кроме того, ухудшается температурно
-
влажностный режим в
близлежащих населенных пунктах и ув
еличивается заболеваемость
населения.

Высокий уровень энергопотребления больших городов и промцентров
сказывается на состоянии атмосферного воздуха. Его температура
пов
ышается на несколько градусов, м
еняется характер перемещения
воздушных масс и повышается

объем выпадающих осадков. Существенно
снижается прозрачность воздуха, что уменьшает поток ультрафиолетового
облучения (УФО) на 20
-
25%, а это в свою очередь сказывается на
55


витаминном обеспечении организма (определенные уровни УФО
необходимы для образования

в коже человека витамина Д, играющего
существенную роль в формировании костной системы и защитных реакциях
организма на различные патогенные воздействия).

Прогретый грунт взаимодействует с растениями, животными и
микробными сообществами, меняя параметры с
реды обитания.

Техногенные изменения температурного режима могут ухудшать
условия жизни и работы людей. Возможно
,
также усиление коррозии
материалов и повреждение тепло
-

и газопроводов, канализации и т.п.
[5]






















56


5. Распространение тепловы
х выбросов в окружающей среде



Рисунок 23
-


Распространение тепловых выбросов в окружающей
среде


За счет большого количества сжигаемого органического топлива в
атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа.
Если бы он весь остав
ался там, то количество его нарастало бы достаточно
быстро. Однако, существует мнение, что в действительности углекислый газ
растворяется в воде Мирового океана и тем самым выводится из атмосферы.
В океане содержится громадное количество этого газа, но 90
процентов его
находится в глубинных слоях, которые практически не взаимодействуют с
атмосферой, и только 10 процентов в близких к поверхности слоях активно
участвуют в газовом обмене. Интенсивность этого обмена, от которого в
конечном итоге зависит содержа
ние углекислого газа в атмосфере, сегодня
57


до конца не выяснена, что не позволяет делать надежных прогнозов. По
поводу допустимого увеличения газа в атмосфере у ученых сегодня тоже нет
единого мнения. Во всяком случае, следует учитывать и факторы, влияющие
на климат в противоположном направлении. Как, например, растущую
запыленность атмосферы, которая как раз понижает температуру Земли.

Кроме тепловых и газовых выбросов в атмосферу Земли, тепловое
воздействие энергетические предприятия оказывают в большей ст
епени на
водные ресурсы.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие
воды, забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных
теплообменных аппаратов
-

конденсаторов паровых турбин, водо
-
, масло
-
,
газо
-

и воздухоохладителей. Эти воды вносят

в водоем большое количество
тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей
всего количества тепла, получаемого при сгорании топлива, что намного
превосходит сумму тепла, отводимого от других охлаждаемых
теплообменников. Поэтому те
пловые загрязненияª водоемов сбросными
водами ТЭС и АЭС связывают обычно с охлаждением конденсаторов.
Горячая вода охлаждается в градирнях. Затем подогретая вода возвращается
в водную среду.

В результате сброса подогретых вод в водные объекты происходят
не
благоприятные процессы, приводящие эвтрофикации водоема, снижению
концентрации растворенного кислорода, бурное развитие водорослей,
сокращения видового разнообразия водной фауны. В качестве примера
подобного воздействия ТЭС на водную среду можно привести т
акое:
Допустимые по нормативным документам пределы подогрева воды
природных водоемов составляет: на 30 С


летом а на 50 С


зимой.

Необходимо также сказать о том, что тепловое загрязнение приводит
также к изменению микроклимата. Так, вода, испаряющаяся из г
радирен,
резко повышает влажность окружающего воздуха, что в свою очередь
приводит к образованию туманов, облаков и др.

58


Основные потребители технической воды потребляют около 75 общего
расхода воды. В то же время именно эти потребители воды яв
ляются
основн
ыми источниками приме
сного загрязнения. При промывке
поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300
МВт образуется до 1000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого
натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

В по
следние годы новые технологи, применяемые при оборотном
водоснабжении, позволяют в 40 раз снизить потребность станции в пресной
воде. Что, в свою очередь, ведет к сокращению сброса технической воды в
водоемы. Но при этом тоже существуют определенные минусы
: в результате
упаривания поступающих на подпитку вод их солесодержание
увеличивается. По соображениям предупреждения коррозии,
накипеобразования и биологической защиты в эти воды вводятся не
свойственные природе вещества. В процессе сброса воды и атмосфер
ных
выбросов происходит поступление солей в атмосферу и в поверхостные
воды. В атмосферу соли попадают в составе гидроаэрозолей капельного
уноса, создавая специфический вид загрязнения. увлажнении окружающей
территории и сооружений, вызывающем обледенение
дорог, коррозию
металлоконструкций, образование на элементах ОРУ токопроводящих
увлажненных пленок пыли. Кроме того в результате капельного уноса
увеличивается подпитка циркуляционной воды, что влечет за собой
увеличение затрат на собственные нужды станции
.

Форма загрязнения окружающей среды, связанная с изменением ее
температуры, происходящая в результате промышленных выбросов
нагретого воздуха, отходящих газов и вод в последнее время привлекает все
больше внимания со стороны экологов. Хорошо известно обра
зование, так
называемого "острова" тепла, возникающего над крупными промышленными
районами. В больших городах среднегодовая температура на 1
-
2 0С выше,
чем в окрестностях. В образовании острова тепла играют роль не только
выбросы антропогенного тепла, но и

изменение длинноволновой
59


составляющей радиационного баланса атмосферы. В целом над этими
территориями возрастает нестационарность атмосферных процессов. В
случае чрезмерного развития этого явления возможно существенное
воздействие на глобальный климат.

Из
менение теплового режима водных объектов при сбросе тёплых
промышленных стоков может повлиять на жизнь гидробионтов (живые
существа, обитающие в воде). Известны случаи, когда сброс теплых вод
создавал тепловой барьер для рыб на их пути к нерестилищам.
[6]























60


6. Основные методы теплового контроля

Все известные тепловые методы неразрушающего контроля
базируются на использовании тепловой энергии контролируемого объекта,
распространяющейся по всей площади его поверхности. Возникающее таким
обр
азом поле температур становится источником, информирующим
оператора о наличии или отсутствии всевозможных дефектов как на
поверхности, так и в глубине материала, из которого изготовлено
контролируемое изделие, посредством оценки происходящих внутри объекта

процессов теплопередачи.

Методы, предназначенные для осуществления теплового
неразрушающего контроля, условно классифицируют на следующие:

-

вибротепловизионный;

-

метод тепловой томографии;

-

методы, основанные на термофотоупругости;

-

вихретокотепловой;

-

теплогр
афический.

Первый из них


вибротепловизионный. Такой способ выявления
дефектов идеально подходит для исследования вибрирующих объектов
контроля. В основе рассматриваемого метода лежит фиксирование тепловых
полей, возникающих в местах негомогенности структ
уры изделия. Известно,
что в эксплуатационных условиях, предполагающих наличие вибрации при
работе объекта, в местах, где присутствуют дефекты, возникает рассеяние
энергии, которое затем влечет за собой возникновение перегрева и, как
следствие этого, возни
кновение температурных полей. Отметим, что зоны
перегрева локальны и поэтому на термограммах ясно видны места, отличные
от гомогенной структуры материала контролируемого изделия. Они как раз и
указывают на присутствие несплошностей, раковин, посторонних вк
лючений
и прочих дефектов. Вибротепловизионный метод


отличное решение задач,
связанных с необходимостью проведения неразрушающего контроля
вибрирующих объектов.

61


Следующий способ, перечисленный выше, сводится к использованию
разнообразных тепловых эффекто
в с целью визуализации внутренней
структуры объекта. Такая визуализация осуществляется посредством
формирования изображений изделия в нескольких сечениях. Это становится
возможным благодаря проведению импульсного облучения контролируемого
изделия равномерн
ым пучком и последующей регистрации отпечатков
дефектов различных теплофизических параметров. Фиксирование их
происходит на обратной стороне изделия контролируемого объекта
посредством специального устройства


тепловизора.

Способы контроля, основанные на
термофотоупругости, относятся к
наиболее современным методикам и базируются на свойствах оптических
кристаллов высокой прочности. Такие кристаллы находят широкое
применение благодаря своим уникальным характеристикам. Одной из
главнейших из них, несомненно,

является наличие абсолютного значения
натурального показателя поглощения. Этот показатель отвечает за долю
поглощения материалом теплового излучения, проходящего через его
материал, а также позволяет проводить диагностику многих характеристик
исследуемого

объекта.

При вихретоковом методе контроля посредством поля индуктора
происходит возбуждение контролируемых изделий металлической природы.
Используется прием так называемого теплового отклика с последующей
оценкой полученной амплитудно
-
временной реализации
. Происходящий
тепловой процесс зависит от многих параметров объекта, что обуславливает
возможность проведения контролируемого процесса несколькими
доступными способами: тепловым и вихретоковым. Посредством
представленного способа представляется возможным
не только определить
наличие дефектных неоднородностей, но и проводить толщинометрию самых
разнообразных изделий, включая и те, которые имеют достаточно грубую
внешнюю поверхность.

62


Последний, теплографический, метод идеально подходит в первую
очередь для п
роведения контроля композиционных материалов. Их
прочность во многом определяется имеющимися дефектными отклонениями
в изделии. Этот способ является комбинированным и заключается в
тепловом нагреве объекта с последующим фиксированием двух видов
диаграмм. П
ри фиксировании интерферограмм о присутствии отклонения
судят по имеющимся аномалиям интерфереционных полос. Вместе с
интерфереционнами диаграммами также фиксируются термограммы.


Тепловой контроль с физической точки зрения

Методы теплового контроля соглас
но (ГОСТ 18353


79) находят
широкое применение в наблюдении тепловых процессов в широком спектре
контролируемых изделий. Известно, что при нарушении динамического
равновесия контролируемого изделия с окружающей его средой на
поверхности материала изделия
образуется поле температур, называемое
также температурным полем, которое по своей природе является
избыточным. По характеру этого поля возникает возможность судить о
самых разных свойствах исследуемого контролируемого изделия. Можно
обобщить, что известны
е способы проведения теплового вида
неразрушающего контроля базируются на присутствующем у объекта
контроля поле тепловой природы, которое взаимодействует со специальными
чувствительными элементами. В роли таких элементов чаще всего могут
выступать: термоп
ары, индикаторы, фотоприемники. Впоследствии
параметры поля трансформируются в различные импульсы электрической
природы и передаются на прибор, который впоследствии их регистрирует.

Классификации ТНК

На сегодняшний день существуют два вида теплового контро
ля:

-

пассивный контроль;

-

активный контроль.

63


Итак, пассивный контроль характеризуется отсутствием внешнего
источника, оказывающего тепловое воздействие. Тепловое поле,
необходимое для проведения исследования на наличие дефектов, возникает
как бы само собой,
вследствие работы прибора или его изготовления. Такой
вид контроля отлично подходит для энергетического оборудования, печей,
использующихся на предприятиях металлургии, изделий радиоэлектроники.

Что касается второго способа, то тут все наоборот. Активный в
ид
неразрушающего теплового контроля не возможен без наличия сторонних
источников энергии. Такой метод контроля активно используется, например,
в дефектоскопии. Там всю информацию о наличии дефектов как раз можно
получить, наблюдая локально расположенные н
еоднородности полей
температуры на поверхности контролируемого изделия.

Области применения теплового контроля

Рассмотрим отдельно сферы использования активного и пассивного
неразрушающего теплового контроля.

Активный контроль широко применяется во многих о
бластях
промышленности. Особенно это касается авиакосмической сферы,
микроэлектроники, машиностроения, материаловедения, строительства,
нефтехимии и энергетики. Данный вид контроля позволяет проводить
тепловую диагностику объектов, характеризующихся напряж
енными
состояниями, контролировать теплопроводность строительных материалов,
осуществлять толщинометрию, дефектоскопию и многое другое.

Пассивный контроль также широко используется в энергетике,
машиностроении, строительстве, металлургии, авиации. Позволяе
т
осуществлять тепловую диагностику турбин, труб, выявлять утечки тепла,
проводить контроль загрязнений, расположенных на поверхности воды,
выявлять тепловые аномалии, а также пустоты и промоины. Нельзя не
сказать отдельно о таких областях, как медицина и
экология. Ведь с
помощью теплового пассивного контроля можно осуществлять
экологический мониторинг, контролировать состояние окружающей среды и
64


экологи в целом. Кроме этого, перед нами открываются широкие
возможности для осуществления диагностики онкологии
, сосудистых и
кожных заболеваний посредством проведения термодиагностики. Отметим,
что этим не ограничивается список всех областей применения методов
теплового неразрушающего контроля.

Приборы теплового контроля:

-

тепловизоры;

-

термометры контактные;

-

бескон
тактные термометры;

-

пирометры;

-

измерители плотности тепловых потоков и температуры;

-

измерители теплопроводности;

-

логгеры температуры и влажности;

-

термогигрометры;

-

термокарандаши;

-

термоэтикетки,

-

краски.



Рисунок 24
-


Тепловизоры
.


О
тнося
тся к основным
ус
тройствам теплового неразрушающего контроля.
Используя это устройство, можно наблюдать
характер распределения температурного поля по
поверхности материала исследуемого изделия. При
этом распределение температуры представляется в виде изображения,
отображае
мого на экране тепловизора, где каждому цвету на картинке
соответствует своя температура. Все устройства данного типа условно
разделяют на стационарные и переносные.

Первые находят широкое применение на производстве, активно
используются в целях осуществле
нии контроля за технологическими
65


процессами. Отличительной особенностью стационарных тепловизоров
является их способность работать в широком интервале рабочих температур
(от
-
40°C до 2000°C). В основе работы устройств лежат матрицы, которые
собирают из фо
топриемников полупроводниковой природы.

Переносные приборы


прекрасное решение задачи, связанной с
необходимостью проведения быстрого и портативного контроля. Такие
тепловизоры не столь громоздки, а также имеют возможность подключения к
ПК, ноутбукам, что

делает анализ и обработку полученных результатов
быстрым и достаточно простым. Портативные приборы особенно часто
используются при проведении оценочных работ, которые отличаются своей
сложностью.



Рисунок 25
-

Термометры и пирометры
.

Я
вляю
тся
одним

из
наиболее известных измерительных приборов,
нашедших самое широкое распространение как на
производстве, так и в повседневной жизни. Сложно
встретить человека, который бы ни разу не встречал
термометр. Эти устройства предназначены для фиксирования показателя

температуры. В качестве контролируемого объекта при этом могут выступать
воздух, вода, почвы и многое другое. Сегодня все термометры можно
классифицировать следующим образом:

-

жидкостные;

-

механические;

-

электрические;

-

оптические;

-

газовые;

-

инфракрасные.

Прин
цип, лежащий в основе работы жидкостных термометров прост и
заключается в изменении объема вещества, залитого в термометр, при
66


возникновении изменения температуры окружающей среды. Механические
устройства работают практически также, вся разница заключена л
ишь в том,
что в роли датчика в данном случае может быть использована механическая
спираль. Действие электрических устройств основано на фиксировании
варьирования такого параметра, как сопротивление, имеющегося у
проводника, в условиях колебания температур
ного показателя внешней
среды. Оптический вид термометров фиксирует температуру по изменениям
в спектре или изменению светимости, которые возникают как следствие
возникновения изменения окружающей температуры. Особый интерес,
безусловно, представляют инфра
красные термометры, называемые также
пирометрами, позволяющие проводить измерения температуры тела
дистанционно, без наличия непосредственного физического контакта с ним
(ВЛ, РД 153
-
34.0
-
20.363
-
99). Отметим, что в некоторых государствах давно
перешли именн
о на такого вида устройства не только на производственном,
но и бытовом уровне. Что вполне соответствует рекомендациям медицинских
учреждений.


Рисунок 26
-

Логгеры данных температуры и
влажности
.

Н
азывают регистраторы, которые
позволяют выполнять широкий

спектр задач,
связанных с контролем параметров окружающей
среды. Современные модели оснащены множеством
дополнительных функций, которые делают измерительный процесс легким,
удобным и понятным для любого оператора. Возникает возможность
оценивать и анализи
ровать результаты измерений в режиме реального
времени.

Достоинства теплового контроля

Тепловой контроль имеет немало очевидных преимуществ. Например,
возможность проведения измерительного процесса дистанционно, высокая
оперативность проводимого измерения,

а также скорость анализа полученной
67


информации, возможность измерения при наличии как одностороннего, так и
двустороннего доступа к контролируемому изделию, возможность
исследования материалов практически любой природы, отличное сочетание
данного типа наб
людения с другими видами контроля, возможность
наблюдения нескольких контролируемых параметров одновременно и
многое другое.
[7]
























68


7. Способы утилизации тепловых отходов электростанций

1) орошение сельскохозяйственных земель (правда, эт
о ведёт к
возрастанию безвозвратных потерь воды, раздел;

2) использование в тепличном хозяйстве;

3) подогрев свежей воды, поступающей на электростанцию, для
предупреждения осаждения солей на стенках трубопроводов;

4) поддержание северных морских гаваней в
свободном ото льда
состоянии;

5) перегонка мазута и других тяжёлых нефтепродуктов;

6) аквакультура


разведение рыб для вылова, выращивание тепло
-
любивых видов в северных районах;

7) получение дополнительной электроэнергии, например, с помощью
термоэлемент
ов;

8) защита животных в природе путём устройства подогреваемых зимой
прудов для водоплавающей птицы;

9) ликвидация туманов и очистка посадочных и рулевых дорожек при
обеспечении безопасности в аэропортах.
[8]













69


8. Мероприятия по снижению тепловог
о загрязнения окружающей
природной среды


Проблема снижения интенсивности теплового загрязнения
окружающей среды тесно связана с проблемой повышения эффективности и
экономичности теплообменного и теплоэнергетического оборудования. По
существу это одна проб
лема, решение которой имеет своей целью снижение
расхода топлива и более полное использование теплоты его сжигания.
Потери тепла в ОПС тем меньше, чем выше доля полезно используемого
тепла.

Основными мероприятиями по снижению теплового загрязнения на
ОПС я
вляются:

1) глубокое охлаждение продуктов сгорания (уходящих газов) за счёт
конструктивных и технологических мер в теплоэнергетических установках


уменьшение термического сопротивления стенок труб теплообменников,
теплоносителей и др.;

2) снижение темпера
тур охлаждающих поверхностей за счёт
применения материалов с высокими теплоизолирующими свойствами
(парогенераторы, паропроводы, турбины, конденсаторы и др.);

3) повышение КПД теплоэнергетических установок благодаря
повышению параметров пара, подаваемого в

турбину, и снижения
параметров отработанного пара;

4) утилизация тепла за счёт применения теплофикации, т.е.
комбинированной выработки на ТЭЦ электроэнергии и низкотемпературного
тепла, используемого для бытовых и технологических нужд.

Сброс тепла в окруж
ающую среду приводит к техногенному
изменению температурного режима компонентов геосфер: атмосферы,
гидросферы и верхних слоев литосферы.

Неблагоприятные эффекты теплового загрязнения

вод требуют
повсеместного внедрения систем для охлаждения производствен
ных стоков
70


(градирен). Важную роль играет

экономия топлива. Защита от теплового
загрязнения
атмосферного воздуха больших городов и промцентров
обеспечивается рациональными объемно
-
планировочными решениями,
создающими условия для проветривания жилых квартал
ов, разделением
промышленной и селитебной зон, уменьшением удельной энергоемкости
продукции, выбором ресурсо
-

и энергосберегающих технологий,
использованием

вторичного


тепла для различных целей (в том числе и для
обогревания парников, теплиц и зданий), п
овсеместной экономией тепло
-

и
энергоресурсов и т.п. В этом отношении весьма перспективными являются
инженерные решения по утилизации низко
-

и среднепотенциальной тепловой
энергии. Так, для утилизации энергии уходящих газов дымовых печей и
сушильных камер
широко используются рекуперативные пластинчатые
теплообменники, подогревающие приточный воздух в системах вентиляции
и воздушного отопления, тепловых завес и т.п. Применяются также
модульные утилизационные теплообменники на стационарных двигателях
внутренн
его сгорания, передающие теплоту уходящих газов для систем
снабжения горячей водой предприятий, жилья, тепличных хозяйств. Для
утилизации теплоты отходящих газов стекловаренных печей выпускаются
серийные котлы
-
утилизаторы Г
-
345 и т.п.
[9]











71


Контроль
ные вопросы к главе №2

1.

Что такое централизованная система отопления?

2.

Источники тепловых потерь?

3.

Способы утилизации тепловых отходов электростанции?

Тест к главе №2

1.

Виды теплоснабжения:

1)

централизованное, децентрализованное;

2)

прямое, обратное;

3)

вертик
альное, горизонтальное.


2.

Наибольшее количество тепловых потерь при централизованном
отоплении:

1)

на источнике;

2) при потреблении;

3)

при транспортировке.


3.

Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления
могут составлять до
:

1)

50%

2)

35%

3
)

10%

4)

5%


4.

Приборы теплового контроля
. Выбрать правильные варианты:

1) тепловизоры;

2)

термометры
;

3) танометр;

4) секундомер;

5)
пирометры.

72



5.

Что не входит в основные

мероприятиями по снижению теплового
загрязнения на ОПС
:

1)

повышение КПД теплоэнергетиче
ских установок
;

2)
снижение температур охлаждающих поверхностей за счёт применения
материалов с высокими теплоизолирующими свойствами
;

3)

утилизация тепла за счёт применения теплофикации
;

4)
глубокое охлаждение продуктов сгорания
;

5)

увеличение энергозатра
т.






















73


Глава№3. ИЗЛУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Введение

Оптическое излучение
-

один из видов электромагнитных колебаний
(рис.1.1)
-

занимает на шкале длин волн интервал, охватывающий пять
порядков изменения λ=10
-
2 мкм до λ= 103 мкм. Опти
ческий диапазон
включает ультрафиолетовое излучение (10
-
2 …0.38 мкм), видимое
излучение(0.38…0.76 мкм) и инфракрасное излучение (0.76…103 мкм).
Указанные границы являются примерными, резкого изменения свойств
оптического излучения на границах не происход
ит.3


Рисунок 27
-

Шкала длин волн электромагнитных колебаний


Коротковолновая часть оптического диапазона (УФ
-

излучение)
обладает ярко выраженным селективным характером воздействия на
объекты, в первую очередь биологические. Ультрафиолет обладает
бакт
ерицидными (обеззараживающими), эритемными (загар, пигментация
кожи), фотохимическими и фотобиологическими свойствами. Оптическое
излучение, воспринимаемое человеческим глазом и сосредоточенное в
области длин волн 0.38..0.76 мкм или частот (4.0…7.5) 10
Гц называют
видимым или световым излучением, или просто светом. Видимая область
составляет малую часть оптического диапазона, порядка 0.05% но наиболее
значимым для человека. Длинноволновая инфракрасная часть, оптического
диапазона (ИК
-

и
злучение) делится на 3 зоны: ближнюю (0.76…3 мкм),
среднюю (3…20мкм) и дальнюю (20..10
мкм) ИК
-

области. ИК
-

излучение
обладает в основном коллективным, тепловым характером воздействия на
74


среды и используется для обогрева, в оптической

связи, тепловидения,
спектроскопии. 3

1.Инфракрасное излучение


Инфракрасное излучение (ИКИ)
-

это тепловое излучение,
представляющее собой часть электромагнитного спектра с длиной волны


λ = 780 нм...1000 мкм и обладающее волновыми и световыми свой
ствами

(рис.2)
, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой
эффект.


Рисунок 28
-

Длины волн ИК
-

излучения

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело

(рис.3)
. Спектр инфракрасного излучения подразделяют с учетом
особе
нностей биологического действия натри области: коротковолновую
ИКИ
-
А (λ  1,4 мкм); средневолновую ИКИ
-
B (λ = 1,4...3,0 мкм);
длинноволновую ИКИ
-
С (λ  3 мкм).


75



Рисунок 29
-

Изл
учение слона

Наиболее активно коротковолновое ИК
-
излучение, так как оно облад
ает
наибольшей энергией фотонов, способно глубоко проникать в ткани
организма и интенсивно поглощаться водой, содержащейся в тканях.

Полная энергия, испускаемая в единицу времени с единицы площади
стенок полости, т.е. величина отдачи теплоты излучением, за
висит от
абсолютной температуры поверхности тела (прямо пропорциональна
четвертой степени ее температуры) и определяется законом Стефана
-
Больцмана:

W
S

= σT
4

где 
S

-

интенсивность излучения (теплоотдача), Вт/м
2
; σ = 5,67 · 10
-
8

Вт/(м
2

· К4)
-

постоянная Ст
ефана
-
Больцмана; Т
-

абсолютная температура
тела, К.

Эта энергия излучается в телесном угле Ω, равном 2π (ΩS/
2
); S
-

площадь,
вырезанная конусом на сфере радиусом ; единица измерения телесного угла
во всех системах
-

стерадиан). Для каждой температуры им
еется свое
спектральное распределение, причем при увеличении температуры максимум
энергии излучения сдвигается в ультрафиолетовую область спектра. При
этом величина λ
max
, соответствующая максимуму излучения для данного
распределения, связана с Т соотношени
ем:

76



где  = 6,63 · 10
-
27

эрг · с
-

фундаментальная константа природы; с
-

скорость света.

Строгая зависимость энергии излучения нагретых тел от температуры
существует только для абсолютно черного тела. Спектральные
распределения излучений человека и Солн
ца близки к излучению абсолютно
черного тела.

При прохождении инфракрасного излучения через воздух он почти не
нагревается. Между двумя телами, имеющими разную температуру нагрева,
устанавливается радиационный теплообмен с отдачей теплоты более
нагретой по
верхностью менее нагретой:


где Е
-

теплоотдача, Вт; С1 и С2
-

константы излучения с поверхностей; Т1
и Т2
-

температуры поверхностей, К.

Источники ИК
-
излучения можно разделить на две группы: естественного и
техногенного происхождения.

Главным естественны
м источником ИК
-
излучения в биосфере является
Солнце. При температуре внешней поверхности Солнца 6000 К примерно
50% энергии излучения приходится на ИК
-
диапазон. К числу естественных
источников ИК
-
излучения относятся действующие вулканы, термальные
воды, п
роцессы тепломассопереноса в атмосфере, все нагретые тела, лесные
пожары и т.п. Поверхность Земли испускает тепловое излучение в диапазоне
длин волн примерно от 3 до 80 мкм, т.е. захватывает всю среднюю ИК
-
область.

Человеческая цивилизация, являясь сложной

диссипативной структурой,
неизбежно связана с тепловым излучением. Большая часть электрической
энергии получается за счет преобразования тепловой энергии, выделяющейся
при сгорании органического топлива.

77


Путем преобразования энергии органического топлива
примерно 30%
энергии превращается в электрическую, а 2/3 энергии поступают в
окружающую среду в виде теплового загрязнения и загрязнения атмосферы
продуктами сгорания. Тепловое загрязнение водоемов и атмосферы имеет
место и при эксплуатации атомных электро
станций. В настоящее время
установлена закономерность общего повышения температуры водоемов, рек,
атмосферы, особенно в местах нахождения электростанций, промышленных
предприятий в крупных индустриальных районах. В свою очередь, это
приводит к изменению те
плового режима водоемов, что сказывается на
жизни биоорганизмов, к возникновению нежелательных воздушных потоков
из
-
за повышения температуры в атмосфере, изменению влажности воздуха и
солнечной радиации и, в конечном случае, к изменению микроклимата.

Наибо
лее распространенным источником ИК
-
излучения техногенного
происхождения является лампа накачивания. При температуре нити лампы
накаливания 2300...2800 К максимум излучения приходится на длину волны
1,2 мкм и около 95% энергии излучения
-

на ИК
-
диапазон. Ис
пользуемые для
сушки и нагрева лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 1
кВт излучают в ИК
-
диапазоне около 80% всей энергии. При понижении
температуры общее содержание ИК
-
излучения источника уменьшается. При
падении интенсивности в 70 раз максимум

интенсивности соответствует
λ
т
=10 мкм, а при λ
т
= 18 мкм интенсивность уменьшится в 700 раз.

К числу источников ИК
-
излучения техногенного происхождения относятся
также газоразрядные лампы, угольная электрическая дуга, электрические
спирали из нихромовой пр
оволоки, нагреваемые пропускаемым током,
электронагревательные приборы, плазменные установки, печи самого
различного назначения с использованием разного топлива (газа, угля, нефти,
мазута, торфа и т.д.), электропечи, электротехнические устройства с
неизбеж
ным превращением доли электрической энергии в тепловую,
двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, ракетные и авиационные
двигатели, МГД
-
генераторы, реакторы атомных станций и т.д.

78


1.1. Воздействие ИК излучения на организм человека


Инфракрасное изл
учение оказывает на организм в основном тепловое
действие. Поглощение энергии ИК излучения происходит главным образом в
эпидермисе. Наблюдается более слабая реакция терморецепторов кожи на
радиационный нагрев или охлаждение, по сравнению с конвекционным, ч
то
связано с процессом переноса теплового излучения в более глубокие слои
кожи, в которых плотность терморецепторов ниже. Коэффициент
поглощения ИК излучения, а следовательно, и эффект его действия и глубина
проникновения в кожу зависят от длины волны. При

облучении кожи в
организме возникает ряд сложных биохимических процессов.

Специфичность действия ИК облучения на человека обусловливается
проницаемостью поверхностных тканей для ИК излучения и
преобразованием его в тепловую энергию в глубоко лежащих тканя
х. Это
сопровождается активизацией биохимических процессов и повышением
тонуса тканей. Биохимический эффект от воздействия ИК излучения
проявляется при поглощении излучения белками кожи и активизации
ферментативных процессов. Наблюдаются уменьшение лейкоци
тов и
тромбоцитов, более высокий титр и более раннее появление агглютининов в
крови. Под воздействием ИК излучения понижается тонус вегетативной
нервной системы и повышается содержание кальция в крови. Увеличение
после ИК облучения концентрации кальция в п
лазме характерно при
энергетической освещенности свыше 350 Вт/м
2
. ИК излучение также
способствует нарушению проницаемости клеточных мембран, что было
зарегистрировано по изменению соотношения электролитов в плазме крови.
После облучения уменьшается концент
рация клеточного калия и натрия.

Главную опасность при чрезмерном воздействии ИК излучения
представляет термальное поражение сетчатки глаз, а также травма
хрусталика глаза, которая может привести к развитию катаракты. В основе
действия ИК излучения на орга
ны зрения лежит главным образом тепловой
79


эффект. Применительно к отдельным частям глаза было установлено, что они
поглощают различную долю доходящего до них потока излучения, а именно:
роговица
-

80 %, камерная влага
-

70 %; хрусталик
-

30 %, стекловидное
тело
-

60 %. До сетчатки доходит только излучение спектрального состава от 0,34
до 1,32 мкм. Наиболее частым и тяжелым поражением глаза, вследствие
воздействия ИК излучения, является катаракта.


2.Ультрафиолетовое излучение


Ультрафиолетовое излучение (УФ
И)
-

электромагнитное излучение
оптического диапазона с длиной волны λ от 200 до 1000 нм и частотой от
10
13

до 10
16

Гц. УФИ представляет собой невидимое глазом
электромагнитное излучение, занимающее в электромагнитном спектре
промежуточное положение между
светом и рентгеновским излучением.
Относится к области не ионизирующих излучений.(рис.4)



Рисунок 30
-

Ультрафиолетовое излучение


Любое тело, нагретое до 3000 К и выше, имеет в своем спектре
ультрафиолетовую компоненту. Чем выше температура тела, тем в
большей
степени проявляется ультрафиолетовая составляющая спектра.

По способу генерации УФИ относится к тепловому излучению, по
характеру воздействия на вещества
-

к ионизирующим излучениям. По
80


биологическому эффекту выделяют три области УФИ: УФ
-
А (λ = 400
...280
нм); УФ
-
В (λ = 315...280 нм); УФ
-
С (λ = 280...200 нм). УФИ более короткого
диапазона (от 180 нм и ниже) сильно поглощается всеми материалами и
средами, в том числе и воздухом, и поэтому может иметь место только в
условиях вакуума.

Исходя из специфич
еской биологической эффективности, область УФИ
-
С также называют бактерицидной областью спектра, УФИ
-
В
-

эритемной и
УФИ
-
А
-

общеоздоровительной.

Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вызывать
фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активно
сть,
вызывать люминесценцию и обладают значительной биологической
активностью.

Источники ультрафиолетового излучения (УФ
-
излучения) можно
разделить на естественные и искусственные.

Основным источником УФ
-
излучения естественного происхождения
является Солнц
е. Из всего спектра УФ
-
излучения Солнца только небольшая
длинноволновая часть достигает земной поверхности (λ  0,29 мкм).
Остальная часть УФ
-
спектра, в особенности коротковолновая, поглощается
атмосферой, что оказывает сильное влияние на атмосферные проце
ссы.
Общий поток УФ
-
излучения в областях А и £ составляет 3...4% общей
энергии солнечных лучей.

Большое количество источников УФ
-
излучения имеет техногенное
происхождение: техногенные источники, имеющие температуру выше 2000
°С (лазерные установки, электри
ческие дуги от сварочных работ, плазма,
расплавленный металл, кварцевое стекло и т.п.), ртутные выпрямители;
люминесцентные источники (лампы газоразрядные и ртутные),
используемые в полиграфии, химическом и деревообрабатывающем
производстве, сельском хозяй
стве, при кино
-

и телесъемках, дефектоскопии и
других отраслях производства, а также в здравоохранении.

81


Интенсивным источником УФ
-
излучения с непрерывным спектром
являются электронные потоки синхротронов, линейных ускорителей,
мощных приборов СВЧ.

К техног
енным источникам УФ
-
излучения относятся более 70
различных лазерных систем, работающих в ультрафиолетовом и вакуумном
ультрафиолетовом диапазоне.

К техногенным источникам УФ
-
излучения относятся некоторые
металлургические печи и домны по выплавке высокотемп
ературных
металлов и сплавов с применением кислородного дутья, мощных
электронных и плазменных потоков и т.п.

Величины УФ
-
излучения различаются по энергетической природе и по
эффективности воздействия на биологические объекты. Для биологических
объектов оц
енивают бактерицидные и эритемные величины излучений.


2.1. Воздействие УФ излучения на организм человека


УФ облучение не только оказывает прямое воздействие на кожу, но и
вызывает ряд системных изменений. Оно повышает тонус симпатико
-
адреналовой системы,

активность ферментов и уровень неспецифического
иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов. Под действием
небольших доз УФИ, которые не вызывают эритемы, снижается кровяное
давление. После облучения давление постепенно падает, и пониженное
дав
ление может держаться в течение нескольких дней. Сезонные колебания
заболеваемости часто связывают с колебаниями уровня УФИ. Толерантность
к эффекту таких химических веществ, как нитриты, бензопирен и т.д.,
имеющих общетоксическое, канцерогенное и аллергич
еское действие,
зависит от степени воздействия УФ
-
излучения.

Длительное отсутствие УФИ может иметь неблагоприятные последствия
для человеческого организма и может привести к развитию патологического
состояния, известного как световое голодание. Наиболее ча
стым
82


проявлением этого заболевания является нарушение обмена веществ и
развитие недостаточности витамина

D
, что сопровождается резким
снижением сопротивляемости организма. В последние годы широкое
распространение получили искусственные источники солнечного

излучения
-

солярии, используемые для компенсации недостатка УФ излучения, а также
для получения быстрого и безопасного загара.

Потемнение кожи в результате солнечного воздействия является одним
из важнейших защитных механизмов от дальнейшего повреждения
ультрафиолетовыми лучами. УФИ в диапазоне от 290 до 315 нм дает
солнечный ожог и вызывает последующее новое пигментообразование.
Излучение в диапазоне от 320 до 400 нм вызывает небольшую эритему (за
исключением случаев очень высоких доз облучения), но може
т приводить
также к немедленному потемнению кожи. Самой мягкой формой солнечной
эритемы является покраснение кожи, которое появляется вскоре после
воздействия УФИ и постепенно исчезает через несколько дней. Более
тяжелые формы эритемы выражаются в воспален
ии кожи, появлении
волдырей с последующим шелушением кожи. Это сопровождается
потемнением кожи, которое становится заметным после двух дней
облучения. Меланин действует в качестве нейтрального фильтра
интенсивности и уменьшает количество радиации, которая
может достигнуть
нижнего слоя кожи или проникнуть в дерму и поразить кровеносные сосуды.
С увеличением пигментации увеличивается и доза УФИ, приводящая к
развитию эритемы.

Особенно выражено канцерогенное действие УФИ у людей, имеющих
проблемы в восстановле
нии ДНК. Пигментная ксеродермия
-

это
наследственная кожная болезнь человека. Цитологические исследования
обеспечили решающие доводы в пользу взаимосвязи между восстановлением
фотоповреждений и канцерогенезом. Для лиц, страдающих пигментной
ксеродермией, х
арактерна анормальная пигментация и высокая частота
83


случаев рака кожи, вызванного воздействием солнечной радиации в
ультрафиолетовом спектре.

Имеются данные, показывающие, что физические и химические
факторы могут ослабить или усилить канцерогенный эффект
УФИ.

УФ
-
излучение может повлиять на сопротивляемость организма к
образованию опухолей, увеличивая ее при облучении субэритемными дозами
и уменьшая при облучении большими дозами. Эти данные могут иметь
большое значение для охраны здоровья человека, поскольк
у резистентность
организма к воздействию различных неблагоприятных факторов
окружающей среды действует на фоне естественного УФИ.

Повреждение кожи, вызываемое светом, называется фототоксическим.
Такие повреждения могут возникнуть у любого человека, если на

его кожу
воздействует значительное количество УФИ.

84



3. Лазерное излучение

Лазерное излучение представляет собой особый вид электромагнитного
излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Лазеры
широко применяются в самых различных облас
тях человеческой
деятельности благодаря таким уникальным свойствам, как высокая степень
когерентности и монохроматичности излучения, малая расходимость луча,
острая фокусировка излучения и возможность получения огромной
плотности мощности излучения.

Лазерн
ые системы помимо широкого научно
-
технического и
промышленного использования имеют разнообразное применение в
медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п.

По виду лазерное излучение подразделяют на прямое; рассеянное;
зеркально
-
отраженное; ди
ффузное.

Свойства лазерного излучения. Интенсивность излучения. В отличие от
всех известных оптических источников излучение лазеров обладает
чрезвычайно высокой интенсивностью. Мощность твердотельного
оптического квантового генератора (ОКГ) может достигать

10
12

Вт. При
фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне.
Плотность мощности лазерного излучения может достигать высоких
значений
-

порядка 10
17

Вт см
-
2

и более. При воздействии такого излучения
на вещество развиваются высокие температу
ры порядка 10
6

К. и выше.
Естественно, что никакой тугоплавкий материал не выдержит такой
плотности излучения. Время воздействия таких плотностей в случае
импульсного действия гораздо меньше времени установления стационарного
процесса, при этом происходит
взаимодействие интенсивного излучения с
веществом в локальном объеме, т.е. в области облучения, не затрагивая
соседние области.

85


Ширина линии излучения и когерентность. Монохроматическая волна
имеет строго определенную частоту колебаний:

Е

= E
0
cos[(
ω
t
-

k
х
)

+
φ
],

где Е
0

-

амплитуда вектора электрической напряженности поля; к
-

волновое число; x
-

координата оси распространения волны; φ
-

фаза (E
0
, ω, k,
φ
-

не зависят от t).

При распространении в пространстве двух волн одинаковой частоты, но
с разными фазами


1
, φ
2
), в любой момент времени разность фаз Δφ = (φ
1
-
φ
2
)
будет оставаться постоянной. Две волны когерентны, если амплитуда,
частота, фаза, поляризация и направление распространения этих волн
остаются постоянными или изменяются по определенному закону.
И
деальных монохроматических колебаний в природе не существует, так как
каждый энергетический уровень имеет конечную ширину, связанную с
временем жизни уровня. Из соотношения неопределенности (соотношение
Гейзенберга) следует, что неопределенность значения в
ерхнего уровня Δε
при излучении связана с неопределенностью времени жизни этого уровня Δt
соотношением


Длительность процесса излучения τ и естественная ширина линии
излучения Δω = 2πΔν связаны выражением


Учитывая, что в лазере имеется оптический резона
тор, в котором
существуют собственные частоты (моды колебаний шириной Δν
ρ
), путем
соответствующего выбора размеров резонатора и условий работы лазера
можно получить высокую степень монохроматичности. В газовых лазерах
сравнительно легко получить Δν
ρ

0

= 1
0
-
10

(где v
0

-

резонансная частота
перехода) и даже меньше. Это выполняется в том случае, если в интервале
Δν
л
на резонансной частоте ν
0
находится одна мода Δν
м
колебания резонатора
(одномодовый режим). У твердотельных ОКГ монохроматичность хуже
86


монохроматичн
ости газовых лазеров. Высокая степень монохроматичности
лазерных источников облегчает получение меньшего пятна 
s

при
фокусировке. При этом хроматическая аберрация оптических линз
практически не играет роли. Это свойство лазерных источников способствует
по
лучению значительных интенсивностей.

Лазерное излучение обладает высокой степенью временной и
пространственной когерентности. Это свойство лазерного излучения
способствует получению больших значений 
s
, так как малая расходимость
лазерного потока способств
ует получению меньших значений 
s
. Понятие
когерентности играет большое значение при использовании лазерного
излучения в оптической локации.

Напряженность электрического поля. Лазерное излучение, обладая
чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяет получа
ть высокие
значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с
внутриатомными полями. Максимальное значение электромагнитной связи
электрона с протоном водорода Н определяется выражением


где е
-

заряд электрона; 
0

-

радиус электронной

орбиты.

При го = 10
-
8 см величина Е
н
, = 10
9

В/см. Для других веществ это значение
составляет 107...108 В/см.

Как известно, интенсивность поля (плотность мощности) связана с
напряженностью электрического поля Е соотношением


где ε
0

-

диэлектрическая прони
цаемость вакуума; с
-

скорость света.

При интенсивностях, например, 10
14

Вт · см
-
2

величина Е составляет
примерно 10
8

В см
-
1
.

Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать
мощность лучевого потока, изменять направление его распростран
ения при
помощи фокусирующих линз, внешних коллиматоров, отражающих зеркал
или специальных устройств.

87


Яркость. Свойства лазеров позволяют получить необычайно высокое
значение яркости излучения. В табл. 5.10 представлены сравнительные
значения яркости некот
орых оптических источников, из которой видно, что
яркость лазерного источника на много порядков превышает яркость Солнца
и мощность искусственных источников спонтанного оптического излучения.

Таблица 6


Значения яркости некоторых источников

Источник

Мощнос
ть,

Вт

Расходимость
потока, стсрад

Площадь,
см
2

Яркость,

Вт · см
-
2

стсрад
-
1

Ртутная лампа

10
4

4 π

1

ю
5

Солнце

4 10




2,5 10
31

1,3 10*

Не
-
, Νe
-
лазер

10
-
2

3 10
-
4

0,1

10
6

Рубиновый лазер

10
7

5 10
-
3

1

4 10"

СО
2
-
лазер (непре
рывный)

10
2


1

~3 10
9

Nd
-
стекло (лазер спец.
конструкции)

4 10'

4 10
5

10

~2 10
17


Угол расходимости пучка. Одной из важных характеристик лазерного
излучения является направленность (коллимация) излучения. Важность
коллимации заключается в том, что энергия, пер
еносимая лазерным потоком,
может быть собрана (сфокусирована) на малой площади.

Ограничение на угол расходимости лазерного потока накладывается
дифракцией:


где θ
-

угол расходимости; К
-

числовой коэффициент порядка единицы
(для однородного пучка К =1,22
); λ
-

длина волны; d
-

диаметр выходной
апертуры.

Классификация лазеров. Основной источник лазерного излучения
-

оптический квантовый генератор (лазер). Лазеры являются генераторами
88


электромагнитных волн оптического диапазона, в которых используется
вынуж
денное электромагнитное излучение молекул активного вещества,
приводимого в возбужденное состояние источником накачки. Типы лазеров
различаются видом активного вещества и способом накачки.

В твердотельных лазерах в качестве активного вещества используются
кристаллы рубина, иттриево
-
алюминиевый гранат (АИГ) или стекло,
активированное неодимом (Nd) или эрбием. Для возбуждения активного
вещества применяют импульсные ксеноновые лампы. В режиме свободной
генерации твердотельные лазеры генерируют импульсы длитель
ностью 0,1
-
1
мс, с энергией десятки джоулей и мощностью в импульсе десятки или сотни
киловатт (10
9
...10
10

Вт). Угол расходимости луча в твердотельных лазерах
составляет 20...30°.

В газовых лазерах активным веществом является газ или смесь газов,
которые пр
иводятся в возбужденное состояние газовым разрядом. Газовые
лазеры характеризуются малым углом расхождения луча
-

всего 1...3°.
Наибольшее распространение получили лазеры на смеси гелия (Не) и неона
(Ne) с длиной волны генерации 0,63 мкм и лазеры на углеки
слом газе (СО
2
) с
длиной волны 10,6 мкм. Мощность гелий
-
неоновых лазеров невелика и
составляет десятки или сотни милливатт. Лазеры на углекислом газе
характеризуются большой мощностью
-

сотни ватт в непрерывном режиме и
высоким КПД
-

20...30%.

В полупровод
никовых лазерах активным веществом является
полупроводниковый кристалл. Возбуждение лазера осуществляется
электрическим током, проходящим через кристалл. Максимальная мощность
составляет около 100 Вт в импульсном режиме и несколько ватт
-

в
непрерывном. Об
ладает углом расходимости луча в несколько градусов.

В жидкостных лазерах в качестве активного вещества используют
обычно органические красители. Возбуждение активного вещества
осуществляется или когерентным излучением другого лазера, или
некогерентным изл
учением импульсных ламп. В жидкостных лазерах при
89


соответствующем выборе активного вещества можно получить когерентное
излучение с длинами волн от 0,34 до 11,75 мкм. Энергия излучения в
импульсе составляет до 10 Дж.

3.1.Воздействие лазерного излучения на ч
еловека


Воздействие лазерного излучения на человека, живой организм, живую
клетку многолико и противоречиво.

В настоящее время лазерное излучение используется и как
хирургический нож для удаления злокачественных опухолей и других
образований, и как тонкий

инструмент в микрохирургии глаза, и как
целительный луч для лечения самых разнообразных заболеваний сердца,
печени, вегетативно
-
сосудистой системы, пищеварительного тракта и т.д.

С другой стороны, лазерное излучение представляет определенную
опасность при

неосторожном и неумелом его использовании. Даже работа с
маломощным лазером представляет опасность, прежде всего для глаз.

Биологическое действие лазерного излучения зависит от длины волны и
интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится

на
области: ультрафиолетовая (0,2...0,4 мкм); видимая (0,4...0,5 мкм);
инфракрасная
-

ближняя (0,75...1) и дальняя (свыше 1,0).

По степени опасности лазерного излучения для организма человека все
лазерные установки подразделяются на четыре класса. К класс
у I относятся
лазеры, излучение которых не представляет опасности для кожи и глаз
человека, к классу II
-

излучение которых представляет опасность для глаз
или кожи при облучении прямым или зеркально отраженным излучением.

Излучение лазеров класса III пред
ставляет опасность для глаз и кожи
при облучении прямым или зеркально отраженным излучением и опасность
для глаз при облучении диффузно отраженным излучением на расстоянии 10
см от отражающей поверхности.

90


К классу IV относятся лазеры, излучение которых пре
дставляет
опасность для кожи и глаз при облучении диффузно отраженным излучением
на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Деление лазеров на классы позволяет определить мероприятия по
обеспечению безопасности при работе с лазерами различных типов.

4.
Воздействие оптического диапазона на окружающую среду

4.1.Последствия ядерных взрывов


Основными поражающими факторами ядерного взрыва

являются:


-

ударная волна


-

световое излучение


-

проникающая радиация


-

радиоактивное заражение м
естности


-

электромагнитный импульс

Для нас более интересным является световое излучение.

Световое излучение ядерного взрыва представля
ет собой поток
лучистой энергии,
включающей ультрафиолетовое, в
идимое и инфракрасное
излучение
. Источником светового

излучения является светящаяся область,
состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха.
(рис.5).

Яркость светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит
яркость Солнца. Поглощенная энергия светового излучения переходит в
тепловую
, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев
может быть настолько сильным, что возможно обугливание или
воспламенение горючего материала и растрескивание или оплавление
негорючего, что может приводить к огромным пожарам. При это
м действие
светового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному
применению зажигательного оружия, которое рассматривается в четвертом
учебном вопросе. Кожный покров человека также поглощает энергию
91


светового излучения, за счет чего может нагрева
ться до высокой
температуры и получать ожоги. В первую очередь ожоги возникают на
открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в
сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз,
приводяще
е к полной потере зрения. Ожог
и
, вызываемые световым
излучением , не отличаются от обычных, вызываемых огнем или кипятком.
они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем больше мощность
боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового
излучения больше, чем при наз
емном той же мощности. В зависимости от
воспринятого светового импульса ожоги делятся на три степени. Ожоги
первой степени проявляются в поверхностном
поражении кожи:
покраснении,

припухлости,

болезненности.

При ожогах второй степени на
коже появляются пуз
ыри. При ожогах третьей степени наблюдается
омертвление кожи и образование язв. При воздушном взрыве боеприпаса
мощностью 20 кТ и прозрачности атмосферы порядка 25 км ожоги первой
степени будут наблюдаться в радиусе 4,2 км от центра взрыва ; при взрыве
зар
яда мощностью 1 МгТ это расстояние увеличится до 22,4 км. ожоги
второй степени проявляются на расстояниях 2,9 и 14,4 км и ожоги третьей
степени
-

на расстояниях 2,4 и 12,8 км соответственно для боеприпасов
мощностью 20 кТ и 1МгТ.


Рисунок 31
-

Ядерный взр
ыв

92


Защита от светового излучения

ядерного взрыва

б
олее проста, чем от
других поражающих факторов ядерного взрыва, поскольку любая
непрозрачная преграда, любой объект, создающие тень, могут служить
защитой от светового излучения.

Фортификационные сооружения

с
перекрытиями, а также танки, боевые машины и другая подобная военная
техника полностью защищают от ожогов световым излучением.

В качестве
дополнительных мер защиты от поражающего действия светового излучения
рекомендуются следующие:

-

использование
экра
нирующих свойств оврагов,

местных предметов;

-

постановка дымовых завес для поглощения энергии светового
излучения;

-

повышение отражательной способности материалов (побелка мелом,
покрытие красками светлых тонов);

-

повышение стойкости к воздействию свето
вого излучения (обмазка
глиной, обсыпка грунтом, снегом, пропитка тканей огнестойкими составами);

-

проведение противопожарных мероприятий (удаление сухой травы и
других легковоспламеняющихся материалов, вырубка просек и устройство
заградительных полос);

-

использование в темное время суток средств защиты глаз от
временного ослепления (очков, световых затворов и др.).

4.2. Влияние ультрафиолета на кожу


Под воздействием солнечных лучей, являющихся источником
ультрафиолетового излучения, кожа человека
загора
ет
.

Загар



изменение цвета кожи (потемнение кожи) под воздействием
ультрафиолетовых лучей вследствие образования и накопления в нижних
слоях кожи специфического пигмента (меланина). Загар развивается
постепенно после повторных облучений умеренной интенсив
ности.
Длительное пребывание на солнце приводит к солнечным ожогам. Также оно
93


вредно отражается на состоянии здоровья (нервной, сердечно
-
сосудистой и
др. системах), а при неоднократных солнечных ожогах повышается риск
образования меланомы.

Цвет загара во м
ногом зависит от угла падения солнечных лучей на
землю. И местоположение курорта может повлиять на оттенок
новоприобретенного загара. Основной фактор, влияющий на интенсивность
загара,
-

высота солнца над горизонтом. Чем выше находится светило, тем
быстрее

кожа приобретает коричневый оттенок. Не менее важным является
прозрачность атмосферы, позволяющая солнечным лучам отражаться от
земли, что, в свою очередь, тоже усиливает загар. Этот эффект лучше всего
наблюдается в горах, где воздух намного чище. День, п
роведенный на
леднике, в плане загара даст намного больше, чем неделя лежания на пляже.
Известно, что самый нестойкий загар


южный, а самый долгоиграющий


тот, который получен в средних широтах. Стойкость загара также зависит и
от места его получения. На

солнце кожа становится шоколадной быстрее. Но
потом, когда активное воздействие солнца заканчивается, кожа, пытается
поскорее восстановиться, и поэтому интенсивно начинает отшелушивать
сгоревшиеª клетки, обновляться, и загар быстро сходит. А вот загару,
приобретенному в тени, такое не грозит. Коже вреда он не наносит и поэтому
сохраняется надолго.

В последнее время загар вошел в моду все больше людей стараются
придать своей коже более темный оттенок, прибегая не только к
естественным способам загара, но и

искусственным, таким как солярий. Так
полезен ли загар для кожи человека? Здорового загара не существует. Клетки
кожи производят пигмент темного цвета только с целью защиты от
последующего излучения. Загар обеспечивает некоторую защиту против
ультрафиолет
а. Принимая солнечные ванны нужно следить за тем, чтобы
ваша кожа загорала постепенно и в меру. Ни в коем случае нельзя допускать
покраснения кожи. Покраснение кожи


это всегда ожог, а любой ожог
94


может привести к образованию долго незаживающих язв, мелано
ме или раку
кожи. Чтобы избежать этого или любых других

отрицательных проявлений
воздействия солнца, нужно соблюдать определенные правила: загарать
необходимо постепенно, не находиться на солнце в период с 11 до 16 часов,
пользоваться защитными средствами.

95



5. Нормирование характеристик оптического излучения


Нормы, регламентирующие характеристики оптического излучения,
основаны на использовании новейших результатов, полученных в области
физики, медицины и технических наук. В разработке норм принимают
учас
тие организации, ответственные за обеспечение достоверности
измерений, качества и характеристик продукции, технические комитеты,
ответственные за разработку стандартов в области оптического излучения и
безопасности использования источников излучения (между
народные,
региональные и национальные организации, такие как Международная
электротехническая комиссия (МЭК,

IEC
),

Международная организация по
стандартизации (ИСО,

ISO
),

Международная комиссия по освещенности
(МКО,

СIE
)

и др.).

На базе основных принципов
защиты от оптического излучения
разрабатываются руководящие документы для международных,
региональных, национальных организаций, а также отдельных экспертов,
которые ответственны за разработку законов, инструкций, рекомендаций,
кодексов по защите населения
.

При разработке стандартов на оптическое излучение требуется
всесторонняя глубокая оценка данных, опубликованных в научной
литературе, с точки зрения санитарно
-
гигиенических критериев оценки
воздействия оптического излучения на организм человека. При оцен
ке
опасности для здоровья следует принимать во внимание только те
экспериментальные результаты, которые удовлетворяют следующим
условиям:



имеется полное медико
-
биологическое описание методики
эксперимента;

96




все данные подвергнуты анализу и являются объектив
ными;



результаты показывают высокий уровень статистической значимости;



результаты имеют подтверждение из независимых источников, могут
быть воспроизведены в независимых лабораториях.

Анализ современного уровня знаний о неблагоприятных последствиях
воздейст
вия оптического излучения и проблемах, обусловленных
сложностью определения индивидуальной дозы оптического излучения,
позволяет разработать программу защиты от оптического излучения,
основанную на следующих принципах:

обеспечение адекватной защиты населен
ия;

согласование ограничительных норм на оптическое излучение со
стандартами на источники оптического излучения.

Нормы профессионального облучения персонала могут отличаться от норм
для населения.

В бытовых условиях допустимая освещенность УФ
-
В излучения н
е должна
превышать 1,9 Вт/м
2
, а УФ
-
А
-

10 Вт/м
2

. Освещенность от экранов
телевизоров, мониторов, измерительных приборов в бытовых условиях и т.п.
в зоне УФ
-
В не должна превышать 0,1 мВт/м
2
, в зоне УФ
-
А
-

0,1 Вт/м
2
.
Излучение в зоне УФ
-
С не допускается.

Кр
итерием нормирования допустимой интенсивности ИК облучения
поверхности тела человека послужили данные относительного допустимого
биологического действия
-

иммуннорезистентности.

Допустимый уровень ИК излучения в бытовых условиях в диапазоне 0,76
-

1000 мкм

определяется нормами. Максимальный уровень освещенности ИК
излучения не должен превышать 100 Вт/м
2
. В бытовых условиях
освещенность в ближнем ИК диапазоне (0,76
-

1,05 мкм) от телевизоров,
97


мониторов и других средств визуального отображения информации не
д
олжна превышать 50 мВт/м
2
, а в дальнем ИК диапазоне (свыше 1,05 мкм)
-

не должна превышать 4 Вт/м
2
.

Уровни освещенности и яркости оптического излучения и качественные
характеристики освещения регламентируются

СНиП 23
-
05
-
95
.

Естественное
и искусственное ос
вещениеª. Нормы искусственного освещения по

СНиП
23
-
05
-
95

устанавливают наименьшую освещенность в зависимости от
минимального либо эквивалентного размера объекта различения (для
протяженных объектов, имеющих отношение длины к ширине более 2),
контраста объ
екта с фоном и характеристики фона. Необходимый уровень
освещенности тем выше, чем темнее фон, меньше размер детали и контраст
объекта с фоном.

Достаточность уровней естественной освещенности помещений
регламентируется минимальным значением коэффициента ес
тественной
освещенности при системе бокового освещения и средним значением
коэффициента естественной освещенности при системах верхнего и
комбинированного освещения. В небольших помещениях при одностороннем
боковом естественном освещении нормируется минима
льное значение КЕО в
точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного
разреза помещения и условной поверхности на расстоянии 1 м от стены,
наиболее удаленной от световых проемов; при двухстороннем боковом
освещении
-

в точке посереди
не помещения. Неравномерность естественного
освещения помещений с верхним или комбинированным естественным
освещением не должна превышать 3:1.

Качественные показатели освещения
-

показатель ослепленности и
коэффициент пульсации освещенности регламентируютс
я

СНиП 23
-
05
-
95
.

Регламентируемый показатель ослепленности составляет: 20
-

40.
Максимально допустимый коэффициент пульсации освещенности равен 10
%
-

20 %.

98


Контрольные вопросы к главе № 3

1.

Излучения оптического диапазона. Ультрафиолетовое излучение и его
в
оздействие на организм.

2.

Излучения оптического диапазона. Инфракрасное излучение и его
воздействие на организм.

3.

Излучения оптического диапазона. Лазерное излучение и его воздействие
на организм.

4.

Укажите диапазон видимого излучения.

5.

Выберете основные поражаю
щие факторы ядерного взрыва:

а)

ударная волна

б)

поток воды

в)

световое излучение

г)

проникающая радиация

д)

низкое атмосферное давление

е)

сход лавины

ж)

радиоактивное заражение местности

з)

поражение

электрическим током

и)

электромагнитный импульс

Тест к главе № 3

1
.
Ультрафиолето
вое излучение охватывает диапазон (мкм)

А)

0.76…10
3


Б)

10
-
2
…0.38


В)

10
…10

Г)

0.38…0.76


2. Наиболее распространенным источником ИК
-
излучения техногенного
происхождения является:

А)

Солнце

Б)

Плазменные уста
новки

В)

Угольная электрическая дуга

Г)

Лампа накаливания

99


3. Инфракрасное излучение охватывает диапазон (мкм)

А)

0.76…10
3


Б)

10
-
2
…0.38


В)

10
…10

Г)

0.38…0.76


4.

По виду лазерное излучение подразделяют на: (
отметить лишний ответ)

А) Прямое

Б)

Рассеянное

В)

Зеркально
-
отраженное

Г)

Тепловое

Д)

Диффузное


5.Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой
энергии, не включающей в себя :

А) Видимое излучение

Б)

Ультафиолетовое излучение

В)

Лаз
ерное излучение

Г)

Инфракрасное излучение




100


Глава №4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ


1
. Виды и источники электромагнитных излучений


Совокупность электрического и магнитного полей называется
электромагнитным полем

(ЭМП).
Электромагнитные излучения

(ЭМИ)
пре
дставляют собою распространяющиеся в пространстве с конечной
скоростью взаимосвязанные и не могущие существовать друг без друга
переменные электрические и магнитные поля. Они обладают волновыми и
квантовыми свойствами1.

К волновым свойствам относят скоро
сть распространения ЭМИ в
пространстве (С), частоту колебаний поля (f) и длину волны (λ). Скорость
распространения всех видов ЭМИ равна в атмосфере примерно 300000 км в
сек.

Источники ЭМП

Е
стественные: атмосферное электричество, космические лучи,
излучение

солнца.

Искусственные: генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные
установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров и др.

Источники электромагнитных полей промышленной частоты
-

это все
электрические приборы, линии электропередач.

Переменное ЭМП яв
ляется совокупностью двух взаимосвязанных
полей: электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, A/м).

Характеристики ЭМП: длина волны λ, м; частота колебаний f, Гц;
скорость распространения С, м/с.

λ = C/f.

Длина электромагнитных волн бывает самой различной:

от значений
порядка 103 м (радиоволны) до 10
-
8 см (рентгеновские лучи). Свет
составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн.

101


Тем не
менее,

именно при изучении этой малой части спектра были
открыты другие излучения с необычными свойства
ми.

Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все
они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые ускоренно
движущимися заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные
волны,

в конечном
счете,

по их действию на заряженные

частицы. Границы
между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.


Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по
способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение
при торможении быстрых электронов и др.) и мет
одам регистрации.

Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются
также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет,
искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь
это относится к рентгеновскому и гам
ма
-
излучениям, сильно поглощаемым
атмосферой.


По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах
волн приводят к существенным качественным различиям.


Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от
друга по поглощению их вещ
еством. Коротковолновые излучения
(рентгеновское и особенно 
-
лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для
волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений.
Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины
волн. Но главное ра
зличие между длинноволновым и коротковолновым
излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства
частиц1.





102


Радиоволны

f= 105
-
1011 Гц

Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических
вибраторов.

Свойства: Радиоволны ра
зличных частот и с различными длинами волн
по
-
разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства
дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.



Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и
фотографически
ми.

Применение: Получают изображения предметов в темноте, приборах
ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в
физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен
зданий, древесины, фруктов.



Видимое излучение

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от
красного до фиолетового):

f=4*1014
-
81014 Гц

Свойства: Отражается, преломляется, воздействует на глаз, способно к
явлениям дисперсии, интерференции, дифракции.


Рентгеновские лучи

Излучаются пр
и большом ускорении электронов, например их
торможение в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки:
электроны в вакуумной трубке (=10
-
3
-
10
-
5 Па) ускоряются электрическим
полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко
тормозятс
я. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают
электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01нм).

103


Свойства: Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на
кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в
больших
дозах вызывает лучевую болезнь.

П
рименение: В медицине (диагностика заболеваний внутренних
органов), в промышленности (контроль внутренней структуры различных
изделий, сварных швов).


Ионизирующее излучение

f=31020 Гц и более.

Источники: атомное ядро (я
дерные реакции).

Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает
сильное биологическое воздействие.

Применение: В медицине, производстве (
-
дефектоскопия).

Виды ионизирующего излучения:

• альфа
-
излучение (ядра гелия);

• бета
-
излучение (электрон
ное и позитронное);

• гамма
-
излучение (фотонное или электромагнитное).

Радиоактивный распад сопровождается излучением, присущим только
данному изотопу: углерод 14 и стронций 90
-

бета
-
активны, а йод 131
-

бета
-

и гамма
-
активен.

Все радиоактивные вещества и
меют свой период полураспада, который
неизменен и присущ только данному изотопу: йод 131
-

8,04 суток; цезий 137
-

30 лет; стронций 90
-

90 лет; уран 238
-

4,5 млрд. лет.


Оценка действия радиации на не живые объекты

Действие радиации на вещество проявляет
ся в виде энергии, которую
вещество получает от радиоактивного излучения, и чем больше вещество
поглотит этой энергии, тем сильнее действие радиации на вещество.

104


Количество энергии радиоактивного излучения, воздействующего на
вещество, оценивается в дозах
, а количество поглощенной веществом
энергии называется
-

поглощенной дозой.

Поглощенная доза

-

это количество радиации, которое поглощено
веществом. В системе СИ для измерения поглощенной дозы используется
-

Грей (Гр).

1 Грей
-

это количество энергии ради
оактивного излучения в 1 Дж,
которая поглощена веществом массой в 1 кг, независимо от вида
радиоактивного излучения и его энергии.

1 Грей (Гр) = 1Дж/кг = 100 рад

Данная величина не учитывает степень воздействия (ионизации) на
вещество различных видов радиа
ции.

Более информативная величина, это

экспозиционная доза радиации.

Экспозиционная доза

-

это величина, характеризующая поглощённую
дозу радиации и степень ионизации вещества.

В системе СИ для измерения экспозиционной дозы используется
-

Кулон/кг (Кл/кг)
.

1 Кл/кг

= 3,88*103

Р

Используемая внесистемная единица экспозиционной дозы
-

Рентген (Р):

1 Р = 2,5797610
-
4

Кл/кг

Доза в 1 Рентген

-

это образование 2,083109

пар ионов на 1см3

воздуха

Оценка действия радиации на живые организмы

Если живые ткани облучит
ь разными видами радиации, имеющими
одинаковую энергию, то последствия для живой ткани будут сильно
105


отличаться в зависимости от вида радиоактивного излучения. Например,
последствия от воздействия альфа излучения

с энергией в 1 Дж на 1 кг
вещества будут сил
ьно отличаться от последствий воздействия энергии в 1
Дж на 1 кг вещества, но только

гамма излучения. То есть при одинаковой
поглощенной дозе радиации, но только от разных видов радиоактивного
излучения, последствия будут разными. То есть для оценки влияни
я
радиации на живой организм недостаточно просто понятия поглощенной или
экспозиционной дозы радиации. Поэтому для живых тканей было введено
понятие

эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза

-

это поглощённая живой тканью доза радиации,
умноженная на коэффици
ент k, учитывающий степень опасности различных
видов радиации. В системе СИ для измерения эквивалентной дозы
используется
-

Зиверт (Зв).

Используемая внесистемная единица эквивалентной дозы
-

Бэр (бэр): 1
Зв = 100 бэр.


Радиоактивное излучение характеризуе
тся:

1.

Проникающей способностью
-

расстоянием, на которое
ионизирующее излучение проходит в тело.

Альфа
-
частицы имеют пробег в воздухе 2
-

9 см, в ткани живого
организма они проникают на доли миллиметра; бета
-
частицы имеют пробег в
воздухе 15 м, в тканях


1
-

2 см; гамма
-
излучение распространяется со
скоростью света и имеет большую проникающую способность, которую
могут ослабить только бетонная или свинцовая стена.

2.

Ионизирующей (повреждающей) способностью.

Очень опасны альфа
-
лучи при попадании внутрь о
рганизма с водой,
воздухом, пищей.

Поглощённая доза
-

величина энергии ионизирующего излучения,
поглощённая телом или веществом (Рад).

106


Биологический эквивалент Рентгена применяется для оценки
повреждающего действия различных видов ионизирующего излучения п
ри
воздействии на биологический объект (бэр).

При равной поглощённой дозе альфа
-
частицы дают больший
повреждающий эффект, чем другие виды ионизирующего излучения.

Многолетние наблюдения и результаты специальных экспериментов
показывают, что электромагнитны
е поля (ЭМП) космического
происхождения (например, ЭМП, возбуждаемые в земной атмосфере
солнечным ветромª


потоками заряженных частиц от Солнца),
околоземного происхождения (например, возбуждаемые движением зарядов
атмосферного электричества, в том числе

при грозовых электрических
разрядах), литосферного происхождения (например, постоянное магнитное
поле Земли, объясняемое наличием электрических токов в проводящей
жидкости земного ядра; ЭМП, возбуждаемые динамическими процессами в
земной коре), составляющ
ие естественный электромагнитный фон Земли,
играют важную роль в формировании жизненных процессов на Земле. Так,
известно влияние солнечной активности, например, магнитных бурь на
биологическую деятельность всех организмов, на рост эпидемий
инфекционных за
болеваний. Изменение геомагнитного поля значимо
коррелирует с годовым приростом деревьев, урожаем сельхозкультур,
обострением психических, сердечно
-
сосудистых заболеваний, числом
дорожных катастроф. Это неудивительно: живые организмы постоянно
находятся в
сфере влияния естественных ЭМП, более того, они
функционируют на основе действия очень слабых биоэлектрических токов и
потенциалов (микроамперы, милливольты) и биомагнитных полей (нано
-
и
пикотесла)2.


ЭМП, в частности, ЭМП радиоволновых частот, 0


f


6



1012 Гц,
сформированные человеком в 19
-

20
-
м веках в ходе промышленно
-
технической деятельности, по энергетическим (напряжённости
электрической и магнитной составляющих ЭМП, плотность потока энергии
107


ЭМП), и информационным (частотным и временным) характе
ристикам могут
существенно отличаться от ЭМП естественного фона, к которым человек
адаптировался в течение длительного периода эволюции. Так, суммарная
напряжённость ЭМП во многих местах земной поверхности возросла по
сравнению с естественным фоном на 2…5
порядков. В масштабах
эволюционного процесса возникновение
интенсивных

техногенных ЭМП
можно рассматривать как одномоментный скачок с пока неясными
биологическими последствиями

2

. Ряд исследователей относят ЭМП к
числу сильнодействующих экологических фак
торов, предполагая, что
скачкообразный рост их напряжённости может вызвать существенные, даже
катастрофические последствия для всего живого. Другие относят ЭМП к
мягкодействующим факторам, которые можно устранить путём
рационального эколого
-
гигиенического
нормирования

2

. Во всяком случае,
установлено, что техногенные ЭМП могут вызвать функциональные
нарушения, иногда перерастающие в заболевания. Поэтому неизбежна и
справедлива постановка вопроса об оптимизации электромагнитных условий
в окружающей среде.


В связи с особенностями взаимодействия ЭМП с биологическими
объектами диапазон частот радиоволн можно разделить на три поддиапазона:

1) 0 ... 106Гц


влияние магнитной и электрической составляющих ЭМП
на биосферу можно рассматривать отдельно;

2) 106 ... 1
09Гц


влияние магнитной и электрической составляющих
ЭМП на биообъекты разделить невозможно;

3) 109 ... 1012Гц


указанное влияние разделить также невозможно; в
данной области частот на биообъекты всегда действует сформировавшаяся
электромагнитная волна.

Эти особенности электрических, магнитных и электромагнитных полей
определяют механизмы влияния ЭМП на биообъекты. Так, постоянное
магнитное поле приводит к проявлению диа


и
парамагнитных

эффектов,
постоянное электрическое поле


поляризационных эффектов,

переменное
108


магнитное поле индуцирует электрический ток в биообъектах, переменное
электрическое поле вызывает токи смещения в живом веществе биообъектов.

Основные искусственные источники ЭМП: радиолокационные, радио
-

и
телепередающие станции, электростанци
и и трансформаторные подстанции,
энергосиловые установки, воздушные линии электропередачи (ЛЭП),
наконец, телеприёмники, СВЧ
-
печи, радиотелефоны, компьютеры, широко
разветвлённые электрические, в том числе кабельные сети и др. Как
отмечалось, напряжённость

техногенных ЭМП на значительных территориях
на 2…5 порядков превышает естественный ЭМП
-
фон населённой местности


по крайней мере, в отдельных областях радиоволнового диапазона.
Суточные колебания техногенного ЭМП изменяют электромагнитную
обстановку в би
осфере в целом.

Нельзя не обратить внимание на статические электрические поля: на
поверхности таких широко распространённых материалов, как линолеум,
пластиковые плитки, синтетические ткани одежды образуются большие
электрические заряды. Последние способны

возбудить огромные
напряжённости электростатического поля


до 3000 кВ/м, вызывающие
электрический пробой воздуха (напомним, что напряжённость
электростатического поля Земли составляет


130 В/м). Эти поля создают
своеобразный техногенный фон локальных эл
ектростатических полей. То же
можно сказать о статических магнитных полях, например, в
электрометаллургии, об электрических полях 50 Гц в приземном слое вдоль
высоковольтных ЛЭП. Уровни электромагнитных излучений (ЭМИ,
радиочастотный диапазон) очень часто
превосходят допустимые санитарные
нормы: в районах аэропортов, радио
-

и телестанций, военных,
радиотехнических и других объектов. Например, в районе расположения
теле
-

и радиостанции плотность потока энергии достигает сотен Вт/м2 при
ПДУ в рабочей зоне 10
Вт/м2 (в населённой местности ПДУ должен быть на
порядки величины меньше)3.

109


Можно сказать, что мощный техногенный радиоволновой фон либо
значительно сузил зону нормальной жизнедеятельности (толерантности)
живого вещества (организмов), либо где
-
то даже в
ыдвигаетª организмы из
этой зоны. Это позволяет полагать электромагнитное (в данном случае


радиоволновое) загрязнение одним из основных экологических факторов
антропо
генного воздействия на биосферу.

2. Биологическое действие электромагнитных полей

Природные ЭМП



естественные синхронизаторы ритмов организма. В
то же время в периоды солнечных вспышек, когда радиоизлучение Солнца
возрастает в 1000 и более раз, данные природные ЭМП фактически
выступаю
т в роли десинхронизатора, и у ослабленных людей (с зауженной
зоной толерантности) могут обостряться сердечно
-
сосудистые, психические
и другие заболевания.

Техногенные ЭМП, особенно когда их информационные характеристики
близки к аналогичным характеристика
м биоэлектрической активности
органов человека, определённо приводят к десинхронизации
функциональных процессов в организме.

Биологический эффект воздействия ЭМП зависит от его частоты,
интенсивности, продолжительности, характера и режима облучения. ЭМП
мо
жет усилить тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к
повышению температуры тела и может вызвать такие вредные последствия,
как ожоги, катаракты, нарушения нормального развития утробного плода. Не
исключена вероятность разрушения сложных биол
огических структур
(например, клеточных мембран). То есть, возможны последствия более
тонкие, чем простое повышение температуры, хотя экспериментальных
свидетельств этого пока недостаточно3.

Больше всего экспериментального материала относится к
радиочаст
отному

диапазону. Установлено, что плотности потока энергии
больше 100 мВт/см
2

ведут к тепловому повреждению и к развитию катаракты
110


в глазу, при 10...100 мВт/см
2

наблюдались изменения, обусловленные
термическим стрессом, включая аномалии у потомков, при

1 ...
10мВт/см
2

отмечались изменения в иммунной системе. В диапазоне от 100 до
1 мкВт/см
2

достоверно не установлено почти никаких последствий.

Имеются данные о том, что рабочие, длительно работающие в условиях
воздействия микроволн, или живущие р
ядом с ЛЭП, могут быть больше
подвержены раку, лейкемии, опухолям мозга, рассеянному склерозу и
другим тяжёлым заболеваниям. Наиболее чувствительными к воздействию
радиоволн являются нервная и сердечно
-
сосудистая системы.

Клиническая картина хронического д
ействия ЭМП радиочастот такова:
сначала появляется головная боль, повышенная утомляемость,
раздражительность, нарушение сна, боли в области сердца. Позднее
отмечается усиление жалоб: лёгкая возбудимость, нарушение сна, снижение
памяти, приступообразные гол
овные боли, головокружения, обмороки,
сжимающие боли в области сердца, сужение артерий сетчатки.

В момент приступа наблюдается дрожь, побледнение (покраснение)
лица, резкая слабость, нередко повышение температуры тела, подъём
артериального давления.

При во
здействии СВЧ
-
излучения развитие катаракты возможно как при
кратковременном облучении, так и при длительном воздействии невысоких
уровней облучения. Для крови характерна тенденция к лейкоцитозу,
возможны изменения со стороны эндокринной системы (гиперфункц
ия
щитовидной железы, нарушение функции половых желёз).


3. Нормирование электромагнитных полей

Для оценки уровня ЭМП используются разные характеристики ЭМП: в
диапазоне 0 ... 300 МГц используется электрическая и магнитная
напряжённости ЭМП (Е и Н, В/м, А/
м), в диапазоне 300 МГц ... 300 ГГц


плотность потока энергии (

, Вт/м2 или мкВт/см2). Для измерения
111


напряжённостей ЭМП используют прибор ИЭМП с дипольной и рамочной
антеннами и преобразователями для измерения напряжённостей в разных
частотных диапазонах,

для измерения мощности излучения


прибор ПЗ
-

40, снабжённый сменными антеннами.

В настоящее время допустимо считать, что биологический эффект ЭМП
в диапазоне 300 МГц ... 300 ГГц слабо зависит от частоты, поэтому
обсуждение различных аспектов норми
рования в этом диапазоне ведётся на
примере СВЧ
-
полей.

СВЧ
-
поля проникают в биообъекты на глубину, равную 1/40 длины
волны, поэтому сантиметровые и миллиметровые волны поглощаются, в
основном, кожей, при этом большая часть энергии выделяется в виде тепла.
Излучения с большими длинами волн проникают глубже и влияют на
внутренние органы.

В части биологической эффективности СВЧ
-
полей достаточно надёжно
известно следующее:

1) при


до 10 мкВт/см2 стойких генетических нарушений нет;

2) при




100 мкВт/см2 бион
арушения связаны с повышением
температуры тела, особенно нагреваются бессосудистые органы: хрусталик
(последствия
-
катаракта), семенники (импотенция) и т.д., нарушаются также
обменные процессы в центральной нервной системе;

3) тяжесть биоповреждений при воз
действии СВЧ
-
полей в нетепловом
диапазоне пропорциональна длительности облучения и степени напряжения
адаптационных механизмов к другим факторам среды. При хроническом
воздействии нетепловых доз СВЧ
-
излучения наблюдаются головные боли,
быстрая утомляемость
, неврозы, нарушения сна, артериального давления,
сердечно
-
сосудистой деятельности, состава крови.

Логика нормирования СВЧ
-
полей: под ПДУ следует понимать
минимальную

, выше которой в организме возникают стойкие
функциональные изменения, то есть в зоне за
предельного торможения. Так,
для излучения с


= 10 см такие нарушения установлены при




1000
112


мкВт/см2. Взяв коэффициент запаса, равный 10, можно определить, таким
образом, предельно допустимый уровень (ПДУ) = 100 мкВт/см2.

Согласно СанПиН 2.2.4.1191


0
3, определяющих нормирование ЭМП в
производственных условиях для диапазона 10 кГц…300 ГГц ПДУ
определяется по формуле:


,





(1)

где 


нормированное значение допустимой энергетической нагрузки
(по

31


-

энергетической экспозиции);

 = 200 мкВт

ч/см2 для всех случаев
облучения, кроме случая вращающихся и сканирующих антенн, когда
W

=

2000 мкВт

ч/см2; t


время пребывания в зоне облучения.

Однако значения ПДУ не должны превосходить 1000 мкВт/см2 в любых
случаях, а при наличии рент
геновского излучения (в пределах норм
радиационной безопасности) или температуры выше 28

С ПДУ не должен
превосходить 100 мкВт/см2. Например, по (1) для случая вращающихся или
сканирующих антенн,  = 2000 мкВт

ч/см2, для t = 0,1 час величина ПДУ =
2000 (мк
Вт

ч/см2)/0,1ч. = 20000 мкВт/см2, но этот уровень СВЧ
-
поля
недопустим, так как он ограничен величиной 1000 мкВт/см2.

Таблица 7


Предельно допустимые значения энергетической экспозиции.

Диапазон частот

По электрической
со
с
тавляющей

ЭЭэ ПДУ, (В/м)2 ·ч

По маг
нитной
составляющей ЭЭм
ПДУ,

(А/м)2 ·ч

По плотности
потока
энергии

ЭЭППЭ ПДУ,
(мкВт/см2) ·ч

30кГц ... 3МГц

3МГц ... 30МГц

30МГц ... 50МГц

50МГц ... 300МГц

300МГц... 300ГГц

20000

7000

800

800

200

не разработаны

0,72

не
р
азработаны





200


113


Напоминаем, что всё изложенное выше по нормированию ЭМИ для
диапазона 300 МГц ... 300 ГГц, относится к персоналу или к рабочей зоне.

Для территории жилой застройки, мест отдыха, помещений, рабочих
мест лиц до 18 лет и беременных женщин ПДУ соста
вляет 10 мкВт/см2, а для
случая облучения населения от антенн, работающих в режиме кругового
обзора или сканирования,


100 мкВт/см2.

1

.

Для всего диапазона радиочастотных ЭМИ (300МГц ... 300ГГц)
значения предельно допустимых энергетических экспозиций по

электрической и магнитной составляющим, а также по плотности потока
энергии (соответственно ЭЭэ ПДУ, ЭЭм ПДУ, ЭЭППЭ ПДУ) для персонала

31


представлены в таблице 1, максимально допустимые значения
интенсивности ЭМИ для персонала


в таблице 2

1

.

Таблиц
а 8


Максимально допустимые значения интенсивности ЭМИ
.

Величина

Единицы
измерения

Диапазон воздействия ЭМИ

30 кГц

-

300
МГЦ

3 МГц
-

30
МГц

30 МГц

-

300
МГЦ

300 МГц

-

3
00 ГГц

ЕПДУ, В/м

НПДУ, А/м

ППЭПДУ,

МкВт/см2

500

50

-

300

-

-


80

3

-

-

-

1000

5000
(для
локального
облучения
кистей рук)

ПДУ ЭМИ радиочастот для населения

1


приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 9

ПДУ ЭМИ для населения
.



Места

Нахождения людей



Участок диапазона, единица измерения

30 кГц
-

300
кГц,

В/м

0,3 МГц

-

3
МГц,

В/м

3 МГ
ц


30

МГ
ц
,

В/м

30 МГц
-

300
МГц,

В/м

300 МГц
-

300
ГГц,

мкВт/см2

Территория жилой застройки,
места отдыха, помещения,
рабочие места лиц до 18 лет и
беременных женщин



25



15



10




3*



10

100**


114


*
-

кроме телевизионных (см. таблицу 4) и радиолокационных

станций,
работающих в режиме кругового обзора (сканирования);

**
-

для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового
обзора или сканирования.

Низкочастотные ЭМП (0 ... 10кГц) представляют собой значимый
экологический фактор. Так, геомагнитное

поле (ГМП) защищает живое
вещество планеты от электрически заряженных частиц космического
происхождения, и существенное изменение ГМП может привести к
дестабилизации биосферы, причём не на энергетическом, но на ин
-
формационном уровне: например, сезонная м
играция большого числа
разнообразных животных связана с их способностью ориентироваться по
силовым линиям ГМП.

Таблица 10

ПДУ ЭМИ радиочастот, создаваемые телевизионными станциями.

Частота ТВ
-
станции, МГц

48,4

88,4

192

300

Напряжённость, Е (В/м)

5,4

4,0

3
,0

2,5



Низкочастотные магнитные поля в связи с практическим отсутствием
ослабления тканью живого вещества оказывают влияние на все органы,
ткани, клетки, молекулы биообъекта. Так, хроническое воздействие
магнитного поля 50 Гц напряжённостью около 640 А/
м приводит к
возрастанию летальности лабораторных животных (на 20 %) и к напряжению
адаптационных процессов в системе надпочечных желёз, снижению половой
потенции у самцов белых мышей. Низкочастотные электрические поля
экранируются и ослабляются живыми орг
анизмами, но отрицательно влияют
на физиологическое состояние животных: поражаются кожа, волосяной
покров, семенники, стимулируется развитие онкозаболеваний, импотенции,
стерильности1.


В качестве ПДУ ЭМП 50Гц


основной источник ЭМП 50Гц


воздушные лин
ии электропередачи (ЛЭП)


приняты следующие значения
115


напряжённости электрического поля, кВ/м

1

: в жилых помещениях


0,5; в
зоне жилой застройки


1,0; в населённой местности, вне зоны жилой
застройки (земли городов в пределах городской черты в границах

их
перспективного развития на 10 лет, пригородные и зелёные зоны, земли
посёлков городского типа в пределах поселковой черты и сельских
населённых пунктов в пределах черты этих пунктов), а также на территории
огородов и садов


5; на участках пересечения
ЛЭП с автомобильными
дорогами I


IV категорий
-

10; в ненаселённой местности (незастроенные
местности, даже часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и
сельхоз
-
угодья)


15; в труднодоступной местности (не доступной для
транспорта и сельхозмашин)

и на участках, специально выгороженных для
исключения доступа населения
-

20 кВ/м.


Для зон около радиотехнических объектов и телевизионных станций
СВЧ
-
диапазона в основу нормирования положены Санитарные правила ...ª

1

.


При одновременном воздействии

нескольких источников суммарное
значение параметров ЭМП, например, напряжённости электрической
составляющей ЭМП, определяется из соотношения:


,

где Е1, Е2, ... , Еn


напряжённости электрического поля, создаваемые
каждым передатчико
м в контролируемой точке данного диапазона, В/м.


Суммарная плотность потока энергии,

, от n источников на
прилегающей территории для диапазона частот ЭМИ 300МГц ... 300ГГц
равна:



=

1 +

2 + ... +

n .

При наличии нескольких источников излучения, работ
ающих в разных
радиочастотных диапазонах, напряжённости поля Е1, Е2 ..., Еn, создаваемые
n источниками ВЧ, и плотности потока энергии

1,

2, ...

n, создаваемые N
116


источниками СВЧ, на границе санитарно
-
защитной зоны (СЗЗ) должны
соответствовать требованию:

.

4. Защита персонала от радиоволнового облучения



Такая защита производится путём экранирования, ограничения
мощности источника, сокращением времени работы в условиях облучения,
увеличением расстояния между работающим и источником

2

. При
планировании работ намечаются нужные мощности источника и расстояния,
чтобы не превышать допустимого уровня при длительной работе.

Эффективное средство защиты



дистанционное управление
изл
учателем. При работе с излучателем заранее известной мощности и при
известном расстоянии необходимо определить допустимое время работы,
чтобы не было переоблучения.


Эффективна защита экранами, наиболее рационально экранирование
генераторов и фидерных лини
й. Рабочие места экранируют поглощающими
сетчатыми и эластичными экранами. Индивидуальные средства: защитная
одежда, защитные очки, халаты, отражающие ЭМП.

Защита от ЭМИ 50 Гц осуществляется экранированием поля и
ограничением времени пребывания в нём.

При
кратковременной работе в условиях действия электрических и
магнитных полей (таблице 5) рекомендуются

2


следующие граничные
значения: безопасные напряжённости


30

кВ/м (пребывание в электричес
-
ком поле до 2 часов в сутки), 10
4
А/м (пребывание в магнитном

поле 5 мин. в
час по нормам IN VE 0848); допустимые напряжённости


10 кВ/м и 800
А/м (пребывание в обоих полях несколько часов в сутки по нормам В03,
RPA). Данные предельные значения отличаются от нормативов РФ:
117


допускается длительное пребывание в поле

напряжённостью до 5 кВ/м, не
разрешается пребывание в поле с напряжённостью более 25 кВ/м без
защитных средств; в интервале напряжённостей от 5 до 20 кВ/м время
пребывания t ограничивается в соответствии с формулой:

,

г
де

Е, кВ/м


н
апряжённость электрического поля.

ПДУ напряжённости магнитного поля 50 Гц в зависимости от
продолжительности и режима воздействия (непрерывный или прерывистый)
находятся в пределах 1,4 ... 10 кА/м.

Таблица 11

Электрические и магнитные поля 50Гц разных объе
ктов

3

.

Наименование параметра или объекта

Напряжённость
электрического
поля, В/м

Напряжённость
магнитного поля,
А/м

ОРУ 500, 750 кВ

ЛЭП 380 кВ

ЛЭП 330 кВ

ВЛ 6


35 кВ

10
3

... 5

10
4

10
3

... 10
4

10
3

... 5

10
3

10
... 5

10
2

10
... 100

1
... 4

10
...
100

0,1 ... 2

Шинный мост 6кВ

10
3

40 ... 100

ЗРУ 6кВ

-

200

Жилые помещения

1 ... 100

0,01 ... 0,5

Электробытовые приборы

5 ... 500

0,1 ... 300

Порог индивидуальной восприимчивости

10
4

... 2

10
4

3

10
3
... 3

10
4

Электрическая прочность воздуха

5

10
5
…3

10
6

-

Расчётные и экспериментальные
безопасные напряжённости по условиям
возбуждения клеток организма

2

10
4

4

10
3

Нормативные напряжённости по данным
ВОЗ, IRPA, с учётом других возможных
воздействий на организм

5

10
3

80

То же по данным IN VE 0848

7

10
3

320

118


Перспективные методы защиты персонала от воздействия импульсных
ЭМИ:

использование частотно
-
избирательных пространственно
-
распределённых аттеньюаторов, широкополосных согласующих устройств,
поглощающих подстилающих поверхностей, индивидуальной защит
ной
одежды (комбинезоны и халаты из металлизированной ткани; очки марки
ЗП5
-
90), электрогерметизации элементов схем, блоков, узлов и установки в
целом, экранирования рабочего места, увеличения высоты подвеса фазных
проводов ЛЭП, уменьшения расстояния между

ними и др.


5. Мероприятия защиты населения от ЭМИ


Трудностей защиты населения не меньше, а возможно, и больше, чем
для лиц, связанных с ЭМИ на производстве: отсутствие надёжного
экранирования от ЭМИ, высокая степень влияния на формированиеЭМИ
металличе
ских переотражающих предметов, соизмеримость размеров тела и
органов человека с долями длин излучаемых волн, эффект кумуляции и др.
непосредственно отражаются на здоровье человека3.


Основной путь защиты от ЭМИ в окружающей среде


защита
расстоянием. Дл
я соблюдения нормативных ПДУ для ЭМИ в населённой
местности планировочные решения при размещении радиотехнических
объектов (РТО) выбирают с учётом мощности передатчиков, характеристики
направленности, высоты размещения и конструктивных особенностей
антенн,

рельефа местности, функционального значения прилегающих
территорий, этажности застройки. Площадка РТО оборудуется согласно
строительным нормам и правилам, на её территории не допускается
размещение жилых и общественных зданий. Для защиты населения от
возд
ействия ЭМИ устанавливаются, при необходимости, санитарно
-
защитные зоны (СЗЗ) и зоны ограничения застройки. Внешняя граница СЗЗ
определяется на высоте 1,8
-
2 м от поверхности земли по нормативным ПДУ

1

.

119


Зона ограничения застройки


территория, где на выс
оте более 2 м от
поверхности земли превышается нормативный ПДУ. Внешняя граница этой
зоны определяется по максимальной высоте зданий перспективной
застройки, на уровне верхнего этажа которых уровень ЭМИ не превышает
нормативного ПДУ.

Размеры СЗЗ и зоны огр
аничений определяют по методикам Правил СН
2963
-
84, границы зон уточняют на основе измерений при приёмке объекта в
эксплуатацию.

В таблице 6 представлены размеры СЗЗ типовых передающих
радиостанций.


Таблица 12

Размеры СЗЗ типовых передающих радиостанций
.

Мощность одного
передатчика, кВт

Наименование
объекта

Санитарно
-
защитная зона, м

Малой мощности до 5

Длинноволновые

Средневолновые

Коротковолновые

10

20

175

Средней мощности


от 5 до 25

Длинноволновые

Средневолновые

Коротковолновые

10…75

20…150

175…400

Большой мощности

от 25 до 100

Длинноволновые

Средневолновые

Коротковолновые

75…480

150…960

400…2500

Сверхмощные,

Свыше 100

Длинноволновые

Средневолновые

Коротковолновые

Более 480

Более 960

Более 4500


В таблице 7 приведены размеры СЗЗ типовых телецентр
ов и
телевизионных ретрансляторов
.



120


Таблица 13

Размеры СЗЗ типовых телецентров и телевизионных ретрансляторов.

Мощность одного
передатчика, кВт

Количество
программ

Суммарная
мощность объекта
с учётом УКВ и
ЧМ вещания, кВт

Санитарно
-
защитная
зона, м

Малой

мощности до 5/2,5

Одна

до 10

В

пределах
технической
территории

Средней мощности до
25/6,5

Одна

до 75

200…300

Большой мощности до
50/15

Две

до 160

400…500

Сверхмощные, свыше
50/15

Три

Порядка 200

500…1000


В таблице8 приведены размеры СЗЗ типовых рад
иолокационных
станций.

Таблица 14

Размеры СЗЗ типовых радиолокационных станций
.

Наименование
радиолокационной станции

Высота
установки антенны,
м

Санитарно
-
защитная зона, м

Метеорологические локаторы:

МРЛ


1,2

Метеорит


2

Метеорит


1

Метеорит

МРЛ
-
5: 2
канала


1 канал


12,0


8,0


8,0


4,5

12,0

12,0


3000


300


250


350

5000

2700

РМП


1

АРС




12,0

12,0

28000

4000

Радиодождь: 1 канал

2 канала

12,0

12,0

1600

3600

121


СОН


4

РМП


2

АРС


3

Обзорные радиолокаторы типа
Сатурнª

12,0

12
,0


4,5


8,5


700

500

400


3000 при нулевом
угле наклона
антенны



В таблице 9 приведены размеры СЗЗ и расстояния от границы
населённых пунктов до высоковольтных ЛЭП.

При проектировании жилых и административных зданий,
расположенных в зоне действия
ЭМИ, учитывается экранирующая
способность строительных конструкций. Так, ЭМИ с длиной волны


=

3

см
при прохождении кирпичной стены толщиной 70 см ослабляется на 21 дБ, то
есть плотность потока мощности уменьшается более чем в 100

раз.

Напряжённость ЭМП Л
ЭП может быть уменьшена удалением жилой
застройки от ЛЭП, применением экранирующих устройств (железобетонные
заборы), посадкой деревьев и кустарников высотой не менее 2 м.

Машины и механизмы на пневматическом ходу, находящиеся в СЗЗ
ЛЭП, должны быть заземл
ены, например, посредством металлической цепи,
соединённой с кузовом (рамой) машины и касающейся земли.

Таблица 14

Размеры СЗЗ и расстояния от границы населённых пунктов до
высоковольтных ЛЭП
.

Расстояние, м

Напряжение
высоковольтных
ЛЭП, кВ


Размеры ССЗ (
при напряжённости более 1кВ/м):


75 (20*)


150 (30)


250 (40)


300 (55)

2 До границы населённых пунктов:

250


300


330

500

750

1150


750

1150


122


 Значения в скобках допускаются в сельской местности при
ограничении длительности работ, зазе
млении машин, инструктаже
населения.

Напряжённость электрического поля в зданиях, оставляемых в СЗЗ
высоковольтных ЛЭП напряжением свыше 330 кВ и имеющих
неметаллическую кровлю, может быть снижена установкой заземлённой
металлической сетки на крыше зданий,

заземлять сетку необходимо в двух
местах. Если кровля здания металлическая, её также заземляют в 2
-
х местах.
Сопротивление заземления не нормируется.

При проведении строительно
-
монтажных работ в СЗЗ ВЛ необходимо
заземлить протяжённые металлические объект
ы (например, трубопроводы)
не менее чем в 2
-
х точках, сопротивление заземления не нормируется.

В период проведения сельскохозяйственных и других работ вблизи ЛЭП
лица, ответственные за организа
цию работ, должны провести инструктаж с
работающими и обеспечить выполнение мер защиты от ЭМП, которые
регламентированы Санитарными нормами и правилами.

На территории СЗЗ ЛЭП напряжение 750 кВ и выше запрещено
выполнение сельскохозяйственных и других работ

лицами в возрасте до 18
лет.

Для ограничения уровня ЭМП, воздействующих на окружающую среду,
могут быть использованы средства, указанные в ГОСТ 12.1.006
-
84 и
применяемые для уменьшения уровня ЭМП в цехах предприятий:
экранирование оборудования, специальна
я облицовка потолка и стен
рабочих помещений на основе материалов с большим содержанием углерода.
Для снижения излучаемой мощности поля важен правильный выбор типа
оборудования, генерирующего ЭМИ.

При эксплуатации техники высоких и сверхвысоких частот важн
о
обеспечить надёжную радиогерметизацию разъёмных и неразъёмных
соединений. В настоящее время для этого используются полимерные
ферромагнитные материалы.

123


Появились новые средства ЭМ
-
защиты и профилактики, среди наиболее
доступных и эффективных следует счит
ать: оснащение помещений
аппаратами аэроионопрофилактики Элион
-
132ª, установку на экраны
новейших отечественных экранов Синкоª, применение специальных
спектральных очков для постоянной работы, приём витаминных препаратов
(например, Золотой шарª, Нагипо
лª)

2

.

Совокупность этих средств позволит уменьшить вероятность нер
-
внопсихических расстройств, стрессов, сбоев, замкнутости, вредного
действия всех видов электромагнитных полей.

6. Электромагнитное излучение от сотового телефона

Мобильный телефон оказыв
ает тепловое воздействие (энергетическое) и
нетепловое (вихревое). В результате теплового воздействия (более 10
мкВт/см2) возможны нарушения различных органов человека (помутнение
хрусталика глаза, нарушения в функциональных отделах среднего уха и др.).

По

требованиям Роспотребнадзора допустимый уровень облучения
пользователя сотового телефона не должен превышать 100 мкВт/см2.

Реально же зафиксированные уровни излучения превышают указанный
норматив в несколько тысяч раз. Зафиксированный средний уровень
плот
ности потока мощности для различных аппаратов составляет 0,2
-
0,5
Вт/см2. Это примерно в 10 раз больше, чем плотность теплового потока
солнца в ясный день на широте Москвы1.

Исследования, проведенные на кафедре квазистатической электроники
физического фак
ультета МГУ, показали, что во время разговора по
мобильному телефону мозг пользователя подвергается локальному
перегревуª. В тканях головного мозга имеются микроскопические участки
повышенной проводимости.

Они способны поглотить довольно большую дозу ЭМИ,

в результате
чего происходит тепловой перегрев, который может привести к раку мозга.
Это подтвердили экспериментальные исследования на животных. При
124


увеличении доз высокочастотного облучения в их мозге образовались
буквально сваренные участкиª.

Ученые ин
ститута биофизики Минздрава России установили, что
электромагнитные излучения мобильных телефонов губительны для куриных
эмбрионов и небезопасны для человека.

Эксперимент, проводящийся под руководством проф. Юрия Григорьева,
известного ученого и председате
ля Российского научного комитета по
защите от неионизирующих излучений, показал, что под лучами мобильника
погибают около 30% куриных эмбрионов, тогда как в контрольной группе,
которую не грелиª, всего 2% (в 15 раз меньше). Характер распределения
ЭМП в пр
остранстве значительно изменяется в присутствии абонента при
разговоре по телефону. Голова человека при этом поглощает от 10% до 98%
излучений энергии.

В настоящее время имеется достаточно большое количество фактов,
подтверждающих роль амплитудной и частот
ной модуляции ЭМП в
формировании биологического эффекта при воздействии исключительно
низкой плотности потока энергии (ППЭ), что позволяет допустить
нетепловой (вихревой) механизм действия ЭМП


информационный.

Одним из основных нетепловых механизмов возде
йствия являются
электрические процессы в мозге. Нервные клетки мозга образуют очень
сложную электрическую сеть. Электрофизиологические процессы в этих
клетках весьма существенно зависят от ЭМИ сотового телефона. В
результате возникает разбалансировка элект
рофизиологической активности
клеток мозга, ведущая к возникновению нейроциркулярной дистонии (НЦД);
НЦД нарушает баланс во всех системах организма и способствует появлению
гипертонии, заболеваний эндокринной системы, сердечной аритмии и т.д.

Исследования п
оказали, что электромагнитные волны, излучаемые
поднесенным к уху мобильным телефоном, вызывают в нейронах ЦНС
человеческого организма резонанс, многократно усиливающий стресс.
Владелец телефона, пользуясь им постоянно, находится в сильнейшем
125


напряжении. К
летки его мозга умирают в несколько раз быстрее, чем у тех,
кто мобильника не имеет.

Отсюда ухудшение памяти, снижение познавательной способности и в
некоторых случаях… операции.

Таким образом, мобильный телефон является специфическим
источником ЭМИ, дейст
вие которого имеет прерывистый локальный
характер и, исходя из этого, требует особого подхода к санитарному
нормированию по допустимому воздействию ЭМИ. По предположениям
гигиенистов, максимальное пользование мобильным телефоном для
взрослого человека долж
но составлять не более 30 минут в день, а детям до
18 лет вообще не рекомендуют пользоваться мобильным телефоном.

На сегодняшний день мировые стандарты, регламентирующие
безопасность сотовых телефонов, характеризуют уровень излучения
параметром SAR (удельн
ый коэффициент поглощения), который измеряется
в ваттах на килограмм (Вт/ кг). Эта величина определяет энергию ЭМП,
выделяющуюся в тканях за одну секунду.

В Европе допустимое значение излучения составляет 2 Вт/кг. В США
ограничения более жесткие. Федеральн
ая комиссия по связи (FCC)
сертифицирует только те сотовые аппараты, SAR которых не превышает 1,6
Вт/кг.

Эти нормативы предусматривают ограничения плотности потока
электромагнитного излучения (ЭМИ) 200
-
1000 мкВт/см2, тогда как
исследования показывают, что
уже 0,02 мкВт/см2 наносит вред организму.

В России допустимая интенсивность электромагнитных полей (ЭМП)
регламентируется санитарными правилами и нормами. Ограничения,
наложенные СанПиН, измеряются в принципиально иных единицах по
сравнению с общемировыми


ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2),
определяя при этом энергию, входящую в ткань за одну секунду. Причем
электромагнитные волны в зависимости от их частоты и вида живой ткани, с
которой они взаимодействуют, будут поглощаться по
-
разному.

126


Нормы СанПиНа
нельзя перевести в единицы SAR простым расчетным
путем.

Для того, чтобы определить соответствие новой модели сотового
телефона российским стандартам, необходимо проводить лабораторные
измерения.

Эксперты отмечают, что российские требования фактически
устан
авливают более жесткие ограничения на мощность передатчиков
сотовых телефонов, чем рекомендуют нормы ВОЗ.

Кроме этого, существующие стандарты учитывают только то, каким
образом излучаемая частота влияет на способность организма поглощать
энергию от излучен
ия и соответственно нагреваться.

Негативное воздействие от нетермических эффектов (в частности
вихревой электрической составляющей, а это=60% потока), которые
обладают нелинейной природой и не измеряются существующими
приборами, нормативами не учитывается.

Всё дело в разнице подходов,


говорит Юрий Пальцев, руководитель
лаборатории магнитных полей НИИ Медицины труда.


Мы, в отличие от
западных коллег, учитываем в СанПиНе не только тепловое воздействие, но
и другие факторы неионизирующего излучения, котор
ые влияют на организм
человека при пользовании мобильным телефономª.

Поэтому о степени влияния ЭМП (термической и нетермической
составляющей


вихревой электрической) на организм человека или, точнее,
степени защищенности человека от этих излучений (в т.ч.

с учетом
дополнительных защитных устройств) можно судить на данном этапе только
при помощи метрологического (термическая составляющая) и
биологического тестирования (вихревая электрическая составляющая).

Эксперименты на кошках и кроликах показали, что ЭМП

низкой
интенсивности, не вызывая перегрева тканей, способно модулировать
активность нервных клеток за счет изменения проницаемости клеточных
мембран для ионов кальция, что может негативно сказываться на работе
127


центральной нервной системы, изменении фермен
тативной активности и
воздействии на ДНК клеток.

В санитарных правилах и нормах установлено, что для населения
плотность потока энергии (ППЭ) не должна превышать 10 мкВт/ см2 (для
жителей Москвы 2 мкВт/ см2), а на рабочих местах 200 мкВт/см2.

Измерение ППЭ

осуществляется измерительными средствами на
частотах 850 МГц


1.9 ГГц на расстоянии 37 см от мобильника
(излучателя) до приемника, и на этом расстоянии ППЭ не должно превышать
3 мкВт/см2.

Это по нормам, установленным в гигиенических нормативах.
Техническ
ие нормы современных телефонов в эти нормы должны
укладываться, но в паспортах к телефонам об этом ничего не говорится.

На предприятиях зачастую не соблюдаются даже обычные
гигиенические нормы и стандарты расстояний от человека
-
оператора до
монитора (ПК),
заявленные производителем ПК в документации.



Контрольные вопросы к главе №
4

1.
Какой основной путь защиты от ЭМИ в окружающей среде
.

2.
Основные искусственные источники ЭМП перечислить (минимум 5 шт):

3. Электромагнитное

излучени
е

(ЭМИ
)


это...

4.
Переч
ислите характеристики электромагнитного поля.

5.
Расшифруйте аббревиатуру СВЧ

6.
Чему равно
з
начение промышленной частоты источников
электромагнитных полей?

7.
Расшифруйте аббревиатуру СЗЗ.



128


Тестовые вопросы к главе №
4

1.

Выберите правильный вариант ответа
. Изменение геомагнитного поля
значимо влияет:

А) с годовым приростом деревьев

Б) урожаем сельхозкультур

В) обострением психических, сердечно
-
сосудистых заболеваний

Г) числом дорожных катастроф

Д)

верны все варианты ответов

2.

Выберите правильный вариант о
твета. К волновым свойствам относят
скорость распространения ЭМИ в:

А) пространстве (С),

Б) частоту колебаний поля (f)

В) длину волны (λ).

Г) верны все варианты ответов.

3
.
На какой высоте от поверхности земли по нормативным ПДУ определяется
внешняя гра
ница СЗЗ:

А)1
-
1,5м


Б)1.8
-


В)2
-
2,5м

4. Выберите правильный вариант ответа. Защита персонала от
радиоволнового облучения производится путем:

А) Экранирования

Б) ограничения мощности источника,

В) сокращением времени работы в условиях облучения,

Г) увелич
ением расстояния между работающим и источником.

Д) Верны все варианты

Е) Все варианты не верны

129



5
.
Длительное воздействие магнитного поля 50 Гц с напряжённостью около
640 А/м приводит к возрастанию летальности лабораторных животных на:

а) 10%

б) 20 %

г) 30
%

д) 40 %




130



Глава № 5. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Введение

Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие
которых со средой приводит к образованию электрических зарядов
различных знаков.

Ионизирующее излучение


такое излучение, которым обладают

радиоактивные вещества.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает лучевая
болезнь.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья
населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего
излучения путем соблюдени
я основных принципов и норм радиационной
безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при
использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и
медицине.

Нормы рад
иационной безопасности (НРБ
-
99
) применяются для
обеспечения
безопасности человека в условиях воздействия на него
ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.


1.Основные характеристики ионизирующих излучений


Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие
которых со средой привод
ит к образованию электрических зарядов
различных знаков. Источники этих излучений широко используются в
технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например
при измерении плотности почв, обнаружении течей в газопроводах,
измерении толщи
ны листов, труб и стержней, антистатистической обработке
131


тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных
опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего
излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни
ис
пользующих их людей.

Существует 2 вида ионизирующих излучений:

1.

корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от
нуля (альфа
-

и бета
-
излучение и нейтронное излучение);

2.

электромагнитное (гамма
-
излучение и рентгеновское) с очень малой
длиной во
лны.

Альфа
-
излучение
представляет собой поток ядер гелия, обладающих
большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд 2. Они образуются при
радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время
известно более 120 искусственных и естестве
нных альфа
-
радиоактивных
ядер, которые, испуская альфа
-
частицу, теряют 2 протона и 2 нейрона.

Энергия альфа
-
частиц не превышает нескольких МэВ (мега
-
электрон
-
вольт). Излучаемые альфа
-
частицы движутся практически прямолинейно со
скоростью примерно 20000 км/
с.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято
называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще
можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега
частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии
и среды, в которой
происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и
уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная
энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают
меньшими скоростями, чем легкие. Есл
и частицы движутся медленно, то их
взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы
быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Длина пробега альфа
-
частиц в воздухе обычно менее 10 см. За счет
своей большой массы при взаимодействи
и с веществом альфа
-
частицы
быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую
132


способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздушной
среде альфа
-
частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч
пар заряженных частиц


ионов.

Бета
-
излучение
представляет собой поток электронов или позитронов,
возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно
около 900 бета
-
радиоактивных изотопов.

Масса бета
-
частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы
альфа
-
частиц.
В зависимости от природы источника бета
-
излучений скорость
этих частиц может лежать в пределах 0,3


0,99 скорости света. Энергия бета
-
частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет
приблизительно 1800 см., а в мягких тканях человеч
еского тела  2,5 см.
Проникающая способность бета
-
частиц, выше, чем альфа
-
частиц (из
-
за
меньших массы и заряда).

Нейтронное излучение
представляет собой поток ядерных частиц, не
имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза
меньше
массы альфа
-
частиц. В зависимости от энергии различают
медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ (кило
-
электрон
-
Вольт) =
10
3
эВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые
нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). При неупругом взаимодействии
нейтр
онов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее
из заряженных частиц и гамма
-
квантов (гамма
-
излучение). При упругих
взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация
вещества. Проникающая способность нейтронов завис
ит от их энергии, но
она существенно выше, чем у альфа
-

или бета
-
частиц. Нейтронное излучение
обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека
наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность
нейтронного потока из
меряется плотность потока нейтронов.

133



Рисунок 32
-

Виды излучений

Гамма
-
излучение
представляет собой электромагнитное излучение с
высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных
превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия
(0,01


3 МэВ) и
малая длина волны обусловливает большую проникающую способность
гамма
-
излучения. Гамма
-
лучи не отклоняются в электрических и магнитных
полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем
альфа
-

и бета
-
излучение.

Рентгеновс
кое излучение
может быть получено в специальных
рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей
источник бета
-
излучения, и др. Рентгеновское излучение представляет собой
один из видов электромагнитного излучения. Энергия его обычно не
п
ревышает 1 МэВ. Рентгеновское излучение, как и гамма
-
излучение,
обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной
проникновения.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на
вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения


называется
часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им.
Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения
134


и вещества является

поглощенная доза излучения
(Д), равная отношению
средней энергии dE, переданной ионизирующим

излучением веществу в
элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объеме d:

D=dE/dm

До недавнего времени за количественную характеристику только
рентгеновского и гамма
-
излучения, основанную на их ионизирующем
действии, принималась

экспозицио
нная доза
Х


отношение полного
электрического заряда dQ ионов одного знака, возникающих в малом объеме
сухого воздуха, к массе воздуха d в этом объеме, т.е.

Х = dQ / d

Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом
воздействии ионизирующего излуче
ния произвольного состава введено
понятие
эквивалентной дозы
(Н). Эта величина определяется как
произведение поглощенной дозы Д на средний коэффициент качества
излучения Q (безразмерный) в данной точке ткани человеческого тела, т.е.:

Н = Д · Q

Существует еще

одна характеристика ионизирующего излучения


мощность дозы
Х (соответственно поглощенной, экспозиционной или
эквивалентной) представляющая собой приращение дозы за малый
промежуток времени dx, деленное на этот промежуток dt. Так, мощность
экспозиционной д
озы (х или , Кл / кг · с) составит:

Х =  = dx / dt








135


2. Характеристики источников и полей ионизирующих излучений,
степени воздействия излучений на объекты


Основной величиной, характеризующей радионуклидный источник,
является активность радионуклида

в источнике.

Активност
ь

-

отношение числа

dN

спонтанных переходов из
определенного ядерно
-
энергетического состояния радионуклида,
происходящих в источнике (образце) за интервал времени

dt,

к этому
интервалу времени

А =

dN

/

dt.

Единицей измерения активнос
ти в Международной системе единиц
(СИ) является обратная секунда
-

с
-
1

(распад в секунду), имеющая
специальное название беккерель (Бк). Соотношение между внесистемной
единицей кюри и единицей беккерель: 1 Ки = 3,7·10
10

Бк.

На практике широко используются п
роизводные от активности
величины: удельная активность источника и объемная активность источника.

Удельная активность источника

-

отношение
активности

А

радионуклида в источнике (образце) к массе

m

источника
(образца) или к массе элемента соединения

А
m

= А

/

m.

Единица измерения удельной активности источника
-

Бк/кг.

Объемная активность источника

-

отношение
активности

А

радионуклида в источнике (образце) к его объему

V

A
v

= A / V.

Единица измерения объемной активности источника
-

Бк/м
3
.

Специфической велич
иной, производной от объемной активности и
используемой для характеристики радона и торона во вдыхаемом воздухе,
является

эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) радона
(
222
Rn) и торона (
220
Rn).

ЭРОА
-

это объемная активность радона (торона),
находящегося в равновесии с короткоживущими дочерними продуктами,
136


имеющими то же значение скрытой энергии, что и короткоживущие
дочерние продукты данной неравновесной смеси. При этом

(ЭРОА)
Rn

=

f
Rn



С
Rn
,

(ЭРОА)
Tn

=

f
Тп

· С
Tп
,

где

f
Rn

и

f
Тп

-

коэффициенты
равновесия радона и торона с
короткоживущими дочерними продуктами их распада; С
Rn

и

С
Тn

-

объемные
активности радона и торона.

Для характеристики поля излучения используется ряд
радиометрических и дозиметрических величин.

Флюенс частиц

-

отношение числа ча
стиц

dN,

проникающих в
элементарную сферу, к площади центрального сечения

dS

этой сферы

Ф

=

dN / dS.

Плотность потока частиц

-

флюенс за единицу времени

φ

=



/ dt.

Экспозиционная доза

-

отношение суммарного заряда

dQ

всех ионов
одного знака, созданных в
воздухе, когда все электроны и позитроны,
освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха с
массой

dm,
полностью остановились в воздухе, к массе воздуха в указанном
объеме

X = dQ / dm.

Единица СИ экспозиционной дозы
-

кулон на килограмм (Кл/кг). На
пра
ктике используется внесистемная единица экспозиционной дозы
-

рентген
(Р). Соотношение между этими единицами: 1 Р = 2,58·10
-
4

Кл/кг.

Целый ряд величин был введен в дальнейшем на основе энергии
излучения, передаваемой веществу, находящемуся в радиационном п
оле.
Основной из них является поглощенная доза.

Поглощенная доза

-

отношение средней энергии

de,

переданной
ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к
массе

dm

вещества в этом объеме

D

=

de / dm.

137


Единицей поглощенной дозы в СИ является Дж/кг
, имеющая
специальное название грей (Гр). Соотношение между ранее используемой
единицей измерения поглощенной дозы рад и Гр: 1 рад = = 0,01 Гр = 10 мГр.
Поглощенная доза может использоваться для характеристики воздействия
всех видов ионизирующих излучений
в любой точке облучаемого объекта.

Чтобы охарактеризовать поле излучения в отсутствие облучаемого
объекта, в РД 50
-
454
-
84
[
11
 введена величина
-

полевая поглощенная до
за.

Полевая поглощенная доза

-

поглощенная доза в центре шара радиусом
1 г/см
2

из рассматриваемого вещества, совмещенном с точкой поля
ионизирующего излучения, в которой она определяется.

Поглощенная доза, характеризующая воздействие ионизирующего
излучени
я на облучаемый объект, не может достаточно адекватно служить
мерой биологического действия на живой организм. Это связано с тем, что
биологический эффект зависит не только от величины поглощенной энергии,
но и ряда других параметров, обусловленных характе
ром и условиями
облучения (равномерность распределения поглощенной дозы в организме,
дробность облучения, мощность дозы и т.д.). Существенным фактором
является плотность ионизации, производимой частицами при их
прохождении через среду (или линейная передач
а энергии, ЛПЭ). Поскольку
плотность ионизации, например, у альфа
-
частиц значительно больше, чем у
бета
-
частиц (электронов), то биологический эффект при одной и той же
поглощенной дозе будет больше при облучении альфа
-
частицами, чем бета
-
частицами или гамм
а
-
излучением.

Поэтому в целях радиационной безопасности, где реализуются условия
облучения в малых дозах, введена дозиметрическая величина
-

эквивалентная
доза

H
TR
,

позволяющая оценить возможный ущерб здоровью человека при
хроническом воздействии ионизирую
щего излучения произвольного состава.

Эквивалентная доза

-

произведение средней поглощенной дозы

D
TR

от
излучения

R

в ткани или органе

Т

на взвешивающий коэффициент для
данного излучения

w
R

138


H
TR
=w
R



D
TR
.

Значения

w
R

установлены на основе обобщения и анализ
а эффектов
воздействия излучений разных видов на биологические объекты при очень
малых дозах (до нескольких десятков мГр).

При воздействии различных видов излучений с различными
взвешивающими коэффициентами излучений эквивалентная доза в органе
определяет
ся как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения

Н
T

= Σ
R

H
TR
.

Единицей эквивалентной дозы в СИ является Дж/кг, имеющая
специальное наименование зиверт (Зв). Внесистемная единица
эквивалентной дозы
-

бэр; 1 бэр = 0,01 Зв = 10 мЗв.

Поскольку органы и
ткани человека обладают различной
радиочувствительностью, то для оценки эффекта облучения всего организма
используется понятие эффективной дозы

Е.

Она так же, как и эквивалентная
доза применима только для хронического облучения в малых дозах и
является мер
ой оценки выхода отдаленных последствий облучения.
Эффективная доза

Е

-

основная дозиметрическая величина, используемая как
мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела
человека или отдельных органов с учетом их радиочувствительност
и.

Эффективная доза

-

сумма произведений эквивалентной дозы в
органе

Н
Т

на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного
органа или ткани

w
T

Е =
Σ
w
T

· Н
Т
.

Как будет изложено далее, именно эквивалентная и эффективная дозы
являются основными величинами
, нормируемыми при оценке хронического
воздействия на организм человека ионизирующей радиации.

Основной величиной в этой группе величин является эквивалент дозы.

Эквивалент дозы

-

произведение поглощенной дозы в данном элементе
объема биологической ткани с
тандартного состава

D

на средний
коэффициент качества ионизирующего излучения

k

в этом элементе объема

139


H

=

D



k.

С помощью безразмерного коэффициента качества учитывается
различие в биологическом действии разных видов излучения. Значения
коэффициента каче
ства регламентируются эмпирически устанавливаемой по
радиобиологическим и эпидемиологическим данным зависимостью от
линейной передачи энергии (ЛПЭ),

L.

Коэффициент качества излучения
определен МКРЗ как

k
(
L
) =

{

1

при

L


10,

0,32


L

-

2,2

при 10 

L



100,


при

L


100

где

L

выражена в кэВ/мкм.

Поглощенную дозу и эквивалент дозы нельзя определить в поле
излучения, не внеся в него предварительно объект определенного размера и
формы и не указав, в какой точке объекта определяются эти величины. В
случ
ае полевой поглощенной дозы (см. ранее) объектом, вносимым в поле
излучения, являлся шар из некоторого вещества с радиусом 1 г/см
2
.
Аналогично был определен полевой эквивалент дозы 
11
].

Полевой эквивалент дозы

-

эквивалент дозы в центре шара радиусом 1
г/см
2

из тканеэквивалентного
1

вещества, совмещенном с точкой поля
ионизирующего излучения, в которой он определяется.

Амбиентный эквивалент дозы (амбиентная доза)

(
H*
(
d
))

-

эквивалент дозы, который был бы создан в шаре диаметром 30 см из
тканеэквивалентного вещества плотностью 1 г/см
3

(шаровой фантом
человека, предложенный МКРЕ) на глубине

d

(мм) от поверхности по
диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излуч
ения,
идентичном рассматриваемому по составу, флюенсу и энергетическому
распределению, но мононаправленном и однородном.

140




Рисунок 33
-

Схема определения

H*
(
d
)

Рисунок 3
4
-

Схема определения

H
p
(
d
)

Индивидуальный эквивалент

дозы

(H
p
(
d
))

-

эквивалент дозы в
мышечной биологической ткани, определяемый на глубине

d

(мм) под
рассматриваемой точкой на теле человека.

Биологическое действие рассмотренных излучений на организм
человека различно.

Альфа
-
частицы, проходя через вещество
и сталкиваясь с атомами,
ионизируют (заряжают) их, выбивая электроны. В редких случаях эти
частицы поглощаются ядрами атомов, переводя их в состояние с большей
энергией. Эта избыточная энергия способствует протеканию различных
химических реакций, которые б
ез облучения не идут или идут очень
медленно. Альфа
-
излучение производит сильное действие на органические
вещества, из которых состоит человеческий организм (жиры, белки и
углеводы). На слизистых оболочках это излучение вызывает ожоги и другие
воспалительн
ые процессы.

Под действием бета
-
излучений происходит радиолиз (разложение)
воды, содержащейся в биологических тканях, с образованием водорода,
кислорода, пероксида водорода H
2
O
2
, заряженных частиц (ионов) OH

и HO

2
.
Продукты разложения воды обладают окисли
тельными свойствами и
вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят
ткани человеческого организма.

Действие гамма
-

и рентгеновского излучений на биологические ткани
обусловлено в основном образующимися свободными электронами.
141


Нейтроны
, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные
изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений
сводится к изменению структуры или разрушению различных органических
вещест
в (молекул), из которых состоит организм человека. Это приводит к
нарушению биохимических процессов, протекающих в клетках, или даже к
их гибели, в результате чего происходит поражение организма в целом.

Различают внешнее и внутреннее облучение организма.
Под внешним
облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений от
внешних по отношению к нему источников. Внутреннее облучение
осуществляется радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма
через дыхательные органы, желудочно
-
кишечный

тракт или через кожные
покровы. Источники внешнего излучения


космические лучи, естественные
радиоактивные источники, находящиеся в атмосфере, воде, почве, продуктах
питания и др., источники альфа
-
, бета
-
, гамма, рентгеновского и нейтронного
излучений, и
спользуемые в технике и медицине, ускорители заряженных
частиц, ядерные реакторы (в том числе и аварии на ядерных реакторах) и ряд
других.

Радиоактивные вещества, вызывающие внутреннее облучение
организма, попадают в него при приеме пищи, курении, питье за
грязненной
воды. Поступление радиоактивных веществ в человеческий организм через
кожу происходит в редких случаях (если кожа имеет повреждения или
открытые раны). Внутреннее облучение организма длится до тех пор, пока
радиоактивное вещество не распадется и
ли не будет выведено из организма в
результате процессов физиологического обмена. Внутреннее облучение
опасно тем, что вызывает длительно незаживающие язвы различных органов
и злокачественные опухоли.

При работе с радиоактивными веществами значительному об
лучению
подвергаются руки операторов. Под действием ионизирующих излучений
развивается хроническое или острое (лучевой ожог) поражение кожи рук.
142


Хроническое поражение характеризуется сухостью кожи, появлением на ней
трещин, изъявлением и другими симптомами
. При остром поражении кистей
рук возникают отеки, омертвление тканей, язвы, на месте образования
которых возможно развитие злокачественных опухолей.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает лучевая
болезнь. Различают три степени ее: первая

(легкая), вторая и третья
(тяжелая).

Симптомами лучевой болезни первой степени являются слабость,
головные боли, нарушение сна и аппетита, которые усиливаются на второй
стадии заболевания, но к ним дополнительно присоединяются нарушения в
деятельности сер
дечно
-
сосудистой системы, изменяется обмен веществ и
состав крови, происходит расстройство пищеварительных органов. На
третьей стадии болезни наблюдаются кровоизлияния выпадение волос,
нарушается деятельность центральной нервной системы и половых желез. У
людей, перенесших лучевую болезнь, повышается вероятность развития
злокачественных опухолей и заболеваний кроветворных органов. Лучевая
болезнь в острой (тяжелой) форме развивается в результате облучения
организма большими дозами ионизирующих излучений за
короткий
промежуток времени. Опасно воздействие на организм человека и малых доз
радиации, так как при этом могут произойти нарушение наследственной
информации человеческого организма, возникнуть мутации.

Низкий уровень развития легкой формы лучевой болезн
и возникает
при эквивалентной дозе облучения приблизительно 1 Зв, тяжелая форма
лучевой болезни, при которой погибает половина всех облученных,
наступает при эквивалентной дозе облучения 4,5 Зв. 100%
-
ный смертельный
исход лучевой болезни соответствует экви
валентной дозе облучения 5,5

7,0
Зв.

В настоящее время разработан ряд химических препаратов
(протекторов), существенно снижающих негативный эффект воздействия
ионизирующего излучения на организм человека.

143


В России предельно допустимые уровни ионизирующего
облучения и
принципы радиационной безопасности регламентируются Нормами
радиационной безопасностиª НРБ
-
76, Основными санитарными правилами
работы с радиоактивными веществами и другими источниками
ионизирующих излученийª ОСП72
-
80. В соответствии с этими
н
ормативными документами нормы облучения установлены для следующих
трех категорий лиц:

• категория А


персонал, постоянно или временно работающий с
источниками ионизирующих излучений;

• категория Б


ограниченная часть населения, которая по условиям
размещ
ения рабочих мест или по условиям проживания может подвергаться
воздействию источников излучения;

• категория В


население страны, республики, края и области.

Для лиц категории А основным дозовым пределом является
индивидуальная эквивалентная доза внешнег
о и внутреннего излучения за
год (Зв/год) в зависимости от радиочувствительности органов (критические
органы). Это 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.

Для персонала категории А индивидуальная эквивалентная доза (
Н
, Зв),
накопленная в критическом органе за время
Т
(лет) с начала
профессионально
й работы, не должна превышать значения, определяемого
по формуле:

Н = ПДД · Т
. Кроме того, доза, накопленная к 30 годам, не должна
превышать 12 ПДД.

Для категории Б установлен предел дозы за год (ПД, Зв/год), под
которым понимают наибольшее среднее значени
е индивидуальной
эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при
котором равномерное облучение в течении 70 лет не может вызвать в
144


состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых
современными методами. В табл.1 приведены ос
новные дозовые пределы
внешнего и внутреннего облучений в зависимости от радиочувствительности
органов. 2

Таблица 15

Основные значения дозовых пределов внешнего и внутреннего облучений
.

Группа
критических
органов

Органы и ткани человеческого организма

ПД
Д для
категории
А, 3в/год

ПДД для
категории
Б, 3в/год

1

Все тело, гонады (половые органы), красный
костный мозг

0,05

0,005

2

Любой отдельный орган, кроме гонад, красного
костного мозга, костной ткани, щитовидной
железы, кожи, кистей, предплечий, лодыжек
и
стоп

0,15

0,015

3

Костная ткань, щитовидная железа, кожный
покров, кисти, предплечья, лодыжки и стопы

0,30

0,03


Нормы радиационной безопасности (НРБ
-
99) применяются для
обеспечения безопасности человека в условиях воздействия на него
ионизирующего изл
учения искусственного или природного происхождения.

Требования и нормативы, установленные НРБ
-
99, являются
обязательными для всех юридических лиц независимо от их подчиненности и
формы собственности, в результате деятельности которых возможно
облучение люд
ей, а также для местных распорядительных и исполнительных
органов, граждан Республики Беларусь, иностранных граждан и лиц без
гражданства, проживающих на территории Республики Беларусь.




145


3. Воздействие электромагнитных излучений на организм человека


Перейти по ссылке

к просмотру фильма


Наблюдения и результаты экспериментов последних лет показывают,
что ЭМИ космического, земного и околоземного происхождения играют
значительную роль в развитии жизн
и на Земле.

Д
авно известна высокая степень влияния солнечной активности на все
виды биологической деятельности организмов: состав крови, лимфы и
клеточные протоплазмы, а также на рост эпидемий разных инфекционных
заболеваний, скорость размножения рыб, нас
екомых и некоторых
млекопитающих. С изменением интенсивности геомагнитного поля тесно
коррелируют годовой прирост деревьев, урожай зерновых культур, число
инфарктов миокарда, психических заболеваний и даже число дорожных
несчастных случаев. Установлено, чт
о цикличность этих изменений
оказывает регулирующее действие, а резкие аритмические изменения
приводят к нарушению процессов жизнедеятельности, особенно заметных в
период становления организма и в патологическом состоянии. Биологическое
воздействие электро
магнитных излучений обычно связывают с их тепловым
и нетепловым воздействием.

Основными факторами, влияющими на нагрев и глубину проникновения
волн, являются частота и мощность электромагнитного поля, причем в
зависимости от частотного диапазона излучения

человеческое тело может
рассматриваться как проводящая, так и диэлектрическая среда.

При нетепловом воздействии следует учитывать и информационные
параметры поля (вид модуляции, ее частоту, поляризацию волны).

ЭМИ радиочастотного диапазона могут вызыват
ь заболевания нервной,
сердечно
-
сосудистой, дыхател
ьной систем, изменять показателе
м крови,
обмена веществ. При длительном воздействии СВЧ излучений могут иметь
место изменения в крови, помутнение хру
сталика, нервно
-
психологические

146


заболевания, нарушение р
аботы механизмов адаптации организма к
изменениям условий внешней среды, а при увеличении энергии излучений


к нагреванию тканей, ожогам. Поэтому параметры электромагнитного поля,
достигающие весьма значительных величин по отношению к тем, к которым
челов
ек и другие биологические объекты приспособились в течение
эволюционного развития, могут обуславливать серьезные функциональные
сдвиги, перерастающие в заболевания.

Нетепловое, или специфическое действие электромагнитного поля
сводится к тончайшим изменен
иям в организме, обусловленным сильными и
слабыми взаимодействиями ЭМИ с облучаемой средой. К первому типу
относятся эффекты насыщения диэлектрика, ориентации поля, которые
возникают при мощных источниках излучения. Возможным физическим
механизмом слабого
взаимодействия нетеплового характера является
резонансное поглощение электромагнитной энергии белковыми молекулами,
с которыми связывают, в частности, мутагенное действие СВЧ радиоволн.

Наиболее общим эффектом действия ЭМИ малых плотностей энергии
(доли мВ
т/см2) на организм человека является нарушение работы
механизмов адаптации организма к изменениям условий внешней среды
(холод, шум, химическая травма и т.п.). При систематическом действии на
организм человека электромагнитной энергии (ЭМЭ), превышающих
пр
едельно допустимый уровень (ПДУ), вначале возникают компенсаторно
-
приспособительные реакции, являющиеся общими неспецифическими
реакциями организма. Затем, при продолжении облучения, могут развиваться
патологические изменения, обычно имеющие обратимый хара
ктер. И только
в редких случаях, если облучение продолжалось в течение многих лет,
возникают необратимые изменения со стороны нервной, сердечно
-

сосудистой и эндокринной систем.

Степень функциональных нарушений и тяжесть патологических
изменений зависит о
т уровня напряженности поля или плотности потока
энергии и характерности облучения, а также от индивидуальных
147


особенностей организма. Например, здоровый человек страдает от
относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное
облучение (минуты)
способны при
вести к негативной реакции только у
гиперч
увствительных людей или у боль
ных некоторыми видами аллергии.


При продолжительном пребывании (месяцы


годы) людей в
электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания
преимущественно сердечно

-

с
осудистой и нервной системы человека.

В последние годы в числе отдаленных последств
ий часто называются
онкологичес
кие заболевания.
О том
, что длительное воздействие
интенсивных электромагнитных полей промышленной частоты может
вызвать повышенную утомляемо
сть, появление сердечных болей, нарушение
функций центральной нервной и эндокринной системы

б
ыло известно еще с
предвоенных времен. Однако лишь в 60
-
х годах, в ходе промышленного
бума, когда линии электропередач, контактная сеть железных дорог и
метрополит
ена буквальн
о опутали целые районы, стали
появляться все более
тревожные сведения о негативном влиянии этих полей.

В одной из первых работ того времени сообщалось о наличии связи
между развитием лейкоза у детей в штате Колорадо (США) и воздействием
электр
омагнитного излучения сетей промышленной частоты. Вслед за этим
появилась аналогичная информация при проведении исследований в Швеции
(1958


1973 годы). Измерения электромагнитных излучений проводились у
построек, расположенных в пределах 150 метров от по
дстанций,
трансформаторов, электрических линий железных дорог, которые выявили
аналогичный характер воздействия. Позднее с целью проверки гипотезы о
возможности развития опухолей у людей, проживающих вблизи воздушных
линий электропередачи, в Швеции была пр
оведена большая
эпидемиологическая работа, которая закончилась в 1992 году. Под
наблюдением находилось более 500 тыс
яч человек, прожи
вающих от одного
года до 25 лет в 800
-
метровых коридорах вдоль трасс ЛЭП 200 кВ и 400 кВ.

148



Тщательная статистическая обрабо
тка данных показала, что существует
корреляция между развитием рака, в особенности детской лейкемии, и
воздействием полей ЛЭП. В Дании было обследовано 1707 детей до 16 лет,
проживающих вблизи ЛЭП, у которых развились опухоли мозга,
злокачественные лимфомы

и лейкемий. Устойчивая корреляция между
развитием опухолей у детей и их поражением вблизи ЛЭП была установлена
при средних значениях магнитного поля.

Важной проблемой в последние десятилетия является охрана здоровья

людей
,
работающих

на компьютерах. Мони
торы компьютеров содержат
электронно
-
лучевую трубку, которая является источником вредных для
здоровья человека излучений.

Электронно
-
лучевая трубка (ЭЛТ)


это электронная пушка. Она
заряжена отрицательно, а вне ЭЛТ происходит накопление положительно
заря
женных частиц.

Человек чувствует себя хорошо, когда в окружающей его среде
соотношение положительных и отрицательных ионов почти одинаково.
Однако перед экраном монитора образуется

избыток положительных ионов.
И
меющиеся в воздухе комнаты микрочастицы (пыл
ь, дым табака и т.д.),
разгоняются потоком положительно заряженных ионов и оседают на лице и
глазах оператора, сидящего перед монитором.

В результате такой бомбардировкиª у оператора могут возникать
головная боль, бессо
н
ница, раздражение кожи, усталость
глаз. Кроме того,
лишенная отрицательных ионов атмосфера угнетающе действует на нервную
систему, способствуя развитию депрессии и стрессового со
стояния у
оператора.

В ходе опро
са, проведенного ВЦИОМ в феврале 1994 года в Москве
среди тех, кто работает на
компьютере хотя бы раз в неделю, на вопрос
Устают ли ваши глаза при дл
ительной работе на компьютере?ª


подавляющее большинство


74% ответили даª. Но это далеко не
единственное след
ствие общения с компьютером. Поч
ти каждый третий
149


(31%) опрошенный отмети
л,
что у него ухудшилось зрение с тех пор, как он
начал работать на компьютере. Почти столько же (30%) чувствуют, что
становятся более раздражительными.

Компьютерные передозировкиª сказываются на здоровье матерей и их
потомства. В 1992 году скандинавские

ученые опу
бликовали результаты
исследова
ний, выводы из которых были весьма неутеш
ительны: при
пользовании видео
-
терминалами, создающими сильные магнитные поля в
диапазоне низких час
-

тот, у женщин, активно работающих на компьютерах,
вероятность выкидышей
в 3,5 раза выше, чем у не пользующихся
видеотерминалами.

Педагоги, психологи и врачи отметили повышенную утомляемость и
рост частоты невротических состояний у детей и подростков, играющихª с
компьютером и выигрывающихª у него. Появились сообщения об
уху
дшении остроты зрения и развития катаракты у программистов и
операторов персональных компьютеров.

Аналогично описанным выше формирую
тся излучения телевизора. В
ки
нескопе с особого катода, находящегося под высоким напряжением,
вылетают с большой скоростью
электроны, бомбардиру
ющие
люминесцентный экран, соз
давая за счет движения луча (15
-
120 кГц)
видимое изображение. Возникающее во время бомбардировки экрана
вторичное облучение губительно действует на любой живой организм,
находящийся вблизи экрана. Спектр в
торичного излучения, очень широк


микроволновая, рентгеновская и ультрафиолетовая радиации, электронное
излучение и другие виды электромагнитных полей.

Для преподавателей вузов и школ установлена длительность работы в
дисплейных классах и кабинетах инфор
матики не более 4 часов в день.


Инженеры, обслуживающие учебный процесс в кабинете с ЭВТ и
ПЭВМ, могут там находиться не более 6 часов в день. Если по роду своей
трудовой деятельности работники вынуждены весь день проводить за
компьютером, то суммарное вр
емя непосредственной работы с ПЭВМ не
150


должно превышать 6 часов. Продолжительность непрерывной работы должна
быть максимум полтора


два часа с перерывом на 10
-
15 минут.

Студенты первого курса могут работать на компьютере 1 час,
старшекурсники


2 часа с о
бязательным перерывом на 15


20 минут.

Для учащихся 10


11
-
х классов должно быть не более двух уроков на
компьютерах в неделю, а для остальных классов


один урок.

Рекомендуется сидеть за компьютером: для учащихся
1
-
х классов


10
минут, для уча
щихся 2



5
-
х класс
ов


не более 15 минут, для уча
щихся 6


7
-
х класс
ов


не более 20 минут, для уча
щихся 8


9
-
х классов


не более 25
минут, для учащихся 10


11
-
х классов на первом часу учебных занятий


30
минут, на втором


20 минут.

Область облучения во вр
емя работы сотового телефона


прежде всего
головной мозг, периферические рецепторы вестибулярного, зрительного и
слухового анализаторов. При использовани
и сотовых телефонов с несущей
частотой 450


900 МГц длина волны незначительно превышает линейные
разм
еры головы человека. В этом случае излучение поглощается
неравномерно, и могут образоваться так называемые горячие точки,
особенно в центре головы.

Расчеты поглощенной энергии электромагнитного поля в мозге человека
показывают, что при использовании сотов
ого телефона мощностью 0,6 Вт с
рабочей
частотой 900 МГц удельнаяª эне
р
г
ия
поля в головном мозге
составля
ет от 120 до 230 мкВт/см2 (норматив для пользователей сотовых
телефонов 100 мкВт/см2).

М
ожно ожидать, что длительное повторное воздействие за предель
но
допустимых доз излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может
привести к существенным изменениям биоэлектрической активности
различных структур мозга и расстройствам его функций (например,
состояния
кратковременной и долговременно
й памяти).

С
пециальные эксперименты российских уч
еных показали, что мозг
челове
ка не только ощущает электромагнитное излучение сотового телефона,
151


но и различает стандарты сотовой связи. Результаты эксперимента
свидетельствуют о достоверных изменениях в биоэлектрическо
й активности
мозга человека. Особенно сильно эти изменения проявляли
сь
непосредственно после выклю
чения поля. Другие парам
етры функций
(частота пульса, дыхание, электро
миограмма, тремор, артериальное
давление) не реагировали на облучение электромагнитным п
олем
радиотелефона.

Изучение влияние ЭМИ телевизионных башен показало, что уровни
излучения в квартирах домов, расположенных вблизи телебашен (например
Останкинской) порой превышают допустимые в полтора
-
два раза. Поэтому
судить о безопасности их влияния
,

нет основания.

Важным также является явление накопления биологического эффекта
ЭМИ в условиях длительного воздействия (эффект кумуляции). Как
результат этого процесса существует вероятность такой отдаленной
патологии, как функциональные расстройства центр
альной нервной системы,
изменение гормонального статуса, развитие опухолевой патологии. Особенно
чувствительны к воздействию ЭМИ дети и эмбрионы, развивающиеся в
утробе матери. Все это приводит к необходимости минимизировать контакт
человека с ЭМИ, а в
ряд
е случаев полностью исклю
чать эту дополнительную
нагрузку на человеческий организм, считая установленным и тот факт, что
воздействие ЭМИ даже низкой интенсивности вызывает склонность к
развитию стрессорных реакций, нарушению памяти. Действие высокого
напря
жения особе
нно остро ощущается детьми. Ре
зультаты
эпидемиологических исследований, проведенных

в Швеции, Финлян
дии,
Дании и США позволяют предположить, что высоковольтные ЛЭП и
различные электросиловые установки могут вли
ять на заболеваемость детей
лейо
зом

и опухолями мозга.

Непосредственно по
д проводами ЛЭП, даже при миним
альном
напряжении 320/220В, интенсивность электромагнитного излучения
превышает норму. Действительно, если выйт
и на просеку ЛЭП, то можно
152


уви
д
е
ть зеленую траву и яркие цветы, но на них н
е будет пчел. Они наиболее
чувствительны к воздействию электромагнитных полей.

Приведенные выше данные объясняются те
м, что человек представляет
собой сложную систему, состоящую из множества подсистем, реагирующих
весьма сложно на изменения внутренних и в
нешних раздражителей.
Многочисленными исследованиями доказано, что основным носителем
информации как внутри биологического объекта, так и между ними, в том
числе и между людьми, является электромагнитное излучение. При этом
циркуляция огромного потока инфо
рмации в процессе жизнедеятельности
человека возможна только при использовании сигналов малой мощности.
Затраты энергии на формирование этих сигналов определяются
энергетическими возможностями человека.

По оценкам специалистов, суммарная мощность информац
ионных
сигналов не превышает 1

10 мВт или 10
-
3…10
-
4 тепловой мощности,
излучаемой организмо
м, а мощность КВЧ
излучения клетки составляет
Ркл=10
-
23 Вт. Это привело к открытию отечественными и зарубежными
учеными эффекта сверхмалых доз.

Уровень биологическо
й организации, на которой обнаружено действие
сверхмалых доз, весьма разнообразен


от макромолекул, клеток, органов,
тканей до животных, растительных организмов и целых популяций.

3.1. Защита от действия ионизирующих излучений


Основные методы измерений


С
редства измерений ионизирующих излучений условно делятся на
следующие классы: дозиметры, радиометры, спектрометры.

Дозиметры

-

средства измерений экспозиционной дозы и ее
мощности, поглощенной дозы и ее мощности, полевой поглощенной дозы и
ее мощности, ам
биентного эквивалента дозы и его мощности, полевой
эквивалентной дозы и ее мощности, индивидуального эквивалента дозы.

153


Радиометры

-

средства измерений активности радионуклидов в
образцах и объектах, удельной активности радионуклидов в твердых и
сыпучих мат
ериалах, объемной активности радионуклидов в жидкостях и
газах, объемной активности радиоактивных аэрозолей, удельной
поверхностной активности, плотности потока частиц и др.

Спектрометры

-

средства измерений энергии частиц ионизирующих
излучений.

В комбини
рованных приборах могут объединяться функции средств
измерений из различных классов.

В перечень технических требований на средства измерений
ионизирующих излучений входят следующие основные метрологические
характеристики:



диапазон значений измеряемых велич
ин;



диапазон энергий частиц ионизирующих излучений (перечень
радионуклидов);



основная погрешность;



дополнительные погрешности при изменении температуры,
напряжения, давления, влажности, электрического и магнитного поля и др.;



энергетическая зависимость чув
ствительности;



чувствительность к сопутствующим излучениям;



анизотропия.

Основная погрешность
-

погрешность средства измерений,
используемого в нормальных условиях. Основная погрешность может
указываться в виде одного значения для всего диапазона измерений
, разных
значений для отдельных поддиапазонов, в виде аналитического выражения
как функции значений измеряемой величины.

В силу специфики взаимодействия ионизирующего излучения с
веществом
,

значительная часть случайной составляющей погрешности
связана со с
тохастическим характером процесса взаимодействия и
уменьшается при увеличении суммарного времени измерения, поэтому во
154


многих случаях эту составляющую погрешности можно уменьшить, усредняя
значение измеряемой величины за больший промежуток времени или
увел
ичивая количество наблюдений.

Специфические параметры, характерные для средств измерений
ионизирующих излучений (энергетическая зависимость чувствительности,
анизотропия, чувствительность к сопутствующим излучениям и др.),
приводят к увеличению значения по
грешности при измерениях в реальных
условиях, так как при поверке средств измерений используются
определённые условия, связанные с этими параметрами, и они могут не
совпадать с условиями измерений. Поэтому в ряде случаев решающим
условием получения достове
рности результата измерения является
соблюдение определенной методики выполнения измерений.

Требования к допустимому значению погрешности могут изменяться в
зависимости от использования результатов измерений. Например, из
принципа нормирования следует

(
E
ин
д

 Δ
E
инд
) /

Е
доп


,

где

E
инд

-

индивидуальное значение эффективной дозы, полученное с
использованием значений измеряемых величин, характеризующих внешнее и
внутреннее облучение;

Δ
E
инд

-

погрешность определения индивидуального значения эффективной
дозы;

Е
доп

-

допустимый предел дозы для персонала;


-

фактор неопределенности, который устанавливается отдельными
нормативными документами и отражает реально достижимую на
современном этапе точность измерения.

Отсюда следует, что при приближении измеренных знач
ений к
значению допустимого предела требования к погрешности средства
измерения ужесточаются. В любом случае необходимо установить
контрольный уровень допустимого измеряемого значения ниже допустимого
155


предела на величину погрешности используемых средств из
мерений с тем,
чтобы гарантировать непревышение допустимого предела дозы облучения.


По мере совершенствования средств и методов измерения, а также
уточнения моделей перехода от измеряемых (операционных) величин к
нормируемым величинам, значение фактора не
определенности


должно
стремиться к 1. В соответствии с методическими указаниями МУ 2.6.1.016
-
2000 в настоящее время фактор неопределенности


принимается равным 1,5
для эффективной дозы внешнего облучения гамма
-
излучением, 2
-

для
эффективной дозы внешне
го облучения нейтронами, 2,5
-

для эффективной
дозы внутреннего облучения.

Различие методов измерений связано с использованием различных
методов регистрации излучений, применяемых в измерительных
преобразователях (блоках детектирования), и методов обработк
и,
применяемых в аппаратурных средствах обработки информации с
измерительных преобразователей и отдельных методиках обработки.


Основные методы регистрации излучений:

калориметрический метод

-

метод, основанный на измерении
изменения температуры жидкого ил
и твердого поглотителя при поглощении
в нем энергии излучения. Метод имеет ряд модификаций, связанных с
различными методами измерения изменения температуры в поглотителе.
Метод в основном используется в первичных и вторичных эталонах и из
-
за
малой чувствит
ельности и громоздкости измерительной аппаратуры не
используется в обычных условиях в сфере контроля радиационной
безопасности;

ионизационный метод

-

метод с использованием детекторов с газовым
наполнением (ионизационные камеры, счетчики), в которых заряже
нные
частицы (непосредственно ионизирующее излучение или вторичные
заряженные частицы, возникающие при взаимодействии косвенно
ионизирующего излучения с атомами вещества стенки детектора или газа)
156


вызывают ионизацию газа. Метод имеет ряд разновидностей в з
ависимости
от способа регистрации ионизации: регистрация факта возникновения
ионизации от одной частицы независимо от энергии, потраченной на
ионизацию (реализуется в счетчиках с газовым усилением); регистрация
суммарной ионизации, пропорциональной энергии
, переданной каждой
заряженной частицей газу (реализуется в пропорциональных счетчиках с
газовым усилением и в импульсных ионизационных камерах без газового
усиления); регистрация суммарной ионизации, образованной всеми
заряженными частицами за определенно
е время (ионизационные камеры).


Метод нашел широкое применение как в эталонных средствах
измерения, так и в рабочих средствах измерения, используемых в сфере
контроля радиационной безопасности;

сцинтилляционный метод

-

метод с использованием органических
и
неорганических сцинтилляторов, в которых энергия, передаваемая
излучением, превращается в световое излучение и регистрируется с
помощью детекторов, чувствительных к световому излучению в данном
спектре (фотоумножители, фотодиоды). Разновидности метода за
ключаются
в регистрации акта взаимодействия отдельной частицы со сцинтиллятором
(счетный режим), регистрации эффекта взаимодействия ряда частиц со
сцинтиллятором за определенное время (токовый или зарядовый режим);
регистрации световой энергии, пропорциона
льной энергии, переданной
частицей (пропорциональный или спектрометрический режим). Метод
используется в эталонных и рабочих средствах измерения;

термолюминесцентный метод

-

метод, заключающийся в регистрации
энергии, запасенной в специальном веществе при
взаимодействии излучения
с этим веществом и освобождаемой в виде светового излучения при
последующем нагревании этого вещества в определенных условиях.
Световая энергия (световыход) пропорциональна энергии, переданной
образцу из этого вещества. Метод нашел

широкое применение в рабочих
средствах измерения;

157


полупроводниковый метод

-

метод, основанный на регистрации
изменений свойств полупроводникового детектора, вызванный
взаимодействием излучения с полупроводниковым материалом, или
регистрации импульсов (ток
а), возникающих от образования электронов
(дырок) в полупроводниковом детекторе падающим на него излучением.
Метод имеет модификации, связанные с регистрацией факта взаимодействия
каждой частицы без учета выделенной энергии (счетный режим);
регистрацией вы
деления энергии излучением за определенное время
(токовый режим); регистрацией энергии выделенной в детекторе каждой
частицей (спектрометрический режим). Метод используется в эталонных и
рабочих средствах измерения;

фотоэмульсионный метод

-

метод, основанн
ый на регистрации
изменений в фотоэмульсии, вызванной взаимодействием излучения со
светочувствительным материалом фотоэмульсии. Модификации метода
связаны с регистрацией плотности почернения, вызванного поглощением
энергии излучения в фотоэмульсии за опред
еленное время, или с
регистрацией и анализом треков в фотоэмульсии, образованных каждой
частицей. Метод используется в рабочих средствах измерения;

активационный метод

-

метод, основанный на регистрации
наведенной активности в детекторах из различных матер
иалов, вызванной в
материале при облучении его нейтронами. Метод используется в эталонных
и рабочих средствах измерения.

158


Дозиметры разрабатывались и выпускались в соответствии со
специально разработанным документом Положение о метрологическом
статусе, пор
ядке разработки, постановке на производство и поверке
дозиметрических и радиометрических приборов для населенияª. Разработка
новых средств измерений в сфере контроля радиационной безопасности в
основном связана с появлением новой элементной базы, в частнос
ти,
микропроцессорной техники в устройствах обработки информации с блоков
детектирования, что дает возможность совершенствовать средства измерений
в следующих направлениях:



создание многофункциональных средств измерений (разработка
универсальных дозиметров
-
радиометров для измерения нескольких
величин);



применение блоков детектирования, позволяющих использовать
информацию о спектральных характеристиках излучения для получения
значений величин, наиболее адекватных нормируемым величинам.


Рисунок 35
-

Поражен
ие лучевой болезнью

Основные принципы радиационной безопасности заключаются в
непревышении установленного основного дозового предела, исключении
159


всякого необоснованного облучения и снижении дозы излучения до
возможно низкого уровня.


Рисунок
36
-

З
ащита о
т излучения

К средствам индивидуальной защиты от ионизирующих излучений
относится спецодежда


халаты, комбинезоны, полукомбинезоны и шапочки,
изготовленные из хлопчатобумажной ткани. При значительном загрязнении
производственного помещения радиоактивными
веществами на спецодежду
из ткани дополнительно надевают пленочную одежду (нарукавники, брюки,
фартук, халат и т.д.), изготовленную из пластика. Для защиты рук следует
использовать просвинцованные резиновые перчатки.

В тех случаях, когда приходится работат
ь в условиях значительного
радиационного загрязнения, для защиты персонала используют
пневмокостюмы (скафандры) из пластмассовых материалов с поддувом по
160


гибким шлангам воздуха или снабженные кислородным аппаратом. Для
поддержания нормальных температурных
условий в скафандре расход
воздуха должен составлять 150
-
200 л/мин.

Для защиты органов зрения от излучения применяют очки со стеклами,
содержащими специальные добавки (фосфат вольфрама или свинец), а при
работе с источниками альфа
-

и бета
-
излучений глаза з
ащищают щитками из
органического стекла.  3 


4.Ионизирующая радиация Космоса

В космосе ионизирующая радиация создается несколькими
источниками: галактическим космическим излучением, излучением
солнечных вспышек и излучением радиационного пояса Земли.

Га
лактическое космическое излучение
состоит из протонов, т.е. ядер
атомов водорода (85%),

-
частиц


ядер атомов гелия (13%) и тяжелых ядер
(2%). К тяжелым относят ядра элементов с атомным номером от 3 до 26
(группа железа). Это излучение содержит и сверхтяже
луюª компоненту,
состоящую из частиц с очень большими атомными номерами, вплоть до
урана.

Интенсивность галактического излучения не постоянна: в период
максимума солнечной активности она уменьшается, а в период минимума


увеличивается. В зависимости от фа
зы 11
-
летнего цикла активности Солнца
она может варьировать от 2 до 4,5 частиц

см
-
2

с
-
1
.

Вблизи Земли доза галактического космического излучения
значительно ниже вследствие защитного эффекта геомагнитного поля и
экранирующего действия Земли. Для орбит высо
той до 250
-
300 км, при
наклоне 65
о
к плоскости экватора, мощность поглощенной дозы
галактического излучения 8

10
-
5

10

10
-
5
Гр в день.

Излучение солнечных вспышек

со
стоит главным образом из протонов с
различной энергией и небольшой доли


-
частиц. Хотя очень
большие
161


солнечные вспышки случаются редко (примерно раз в 4 года), их доза
излучения может быть весьма значительной. Во время интенсивной
солнечной вспышки космонавт, находящийся в лунном отсеке, может
получить на кожу грудной клетки дозу ионизирующего изл
учения 3,5

8
Дж/кг, на глаза


до 1,8 и на кроветворные органы


0,03

0,12 Дж/кг. Кроме
того, поверхностные части тела будут подвергаться действию замедленных
частиц (протонов,


-
частиц и тяжелых ионов), а космонавт в открытом
космосе, без защиты корабля,
может получить измеримую дополнительную
дозу на кожу от высокоэнергетичных электронов.

Радиационные пояса Земли
представлены внутренним и внешним
поясом. Внутренний радиационный пояс состоит из высокоэнергетичных
протонов, опасность облучения которыми сущес
твенно зависит от времени
пересечения космическим кораблем этого пояса, траектории полета корабля
и толщины защиты. При непродолжительном полете (10

20 мин) доза
излучения радиационного пояса Земли не превышает нескольких сотых
Дж/кг.

Вклад протонов радиа
ционного пояса Земли в суммарную дозу
космического излучения становится существенным при использовании
челночных космических аппаратов и космических платформ,
осуществляющих перелеты с околоземной орбиты на межпланетную
траекторию.

Внешний радиационный поя
с Земли состоит из потоков электронов и
протонов. Электроны внешнего радиационного пояса имеют небольшую
проникающую способность. В центре пояса при защите 1 г/см
2
алюминия
доза ионизирующего излучения составляет около 0,40 Дж/кг в сутки.
Толщина защиты око
ло 5 г/см
2
алюминия достаточна для того, чтобы снизить
дозу до допустимого уровня.

С точки зрения радиационной проницаемости, наибольшую опасность
представляют ускоренные ядра, которые имеются и в составе галактического
космического излучения и в излучении
солнечных вспышек.

162


Каждую секунду на площадку в 1 м
2

через границу земной атмосферы
из космоса в направлении земной поверхности влетают более 10 тысяч
заряженных частиц (протонов и электронов), движущихся с огромными
скоростями: протоны


300

1500 км/с, эл
ектроны


около скорости света. Эта
корпускулярная радиация практически нацело улавливается магнитосферой
Земли. Планета защищена от интенсивной космической радиации магнитным
полем. Если бы его не было, космическая радиация смогла бы за короткий
срок разл
ожить на ионы и электроны весь воздух атмосферы. Жизнь на Земле
стала бы невозможна.

Биологическое действие легких ядер высоких энергий практически не
отличается от воздействия других известных видов излучения, т.е.
рентгеновских и

-
лучей. Однако тяжелые
частицы и легкие ядра на излете
вызывают, по
-
видимому, более глубокие и, возможно, необратимые
изменения. Биологическое действие тяжелых ядер изучено недостаточно
ввиду больших методических трудностей, встречающихся на пути
экспериментатора (К.М. Сытник и
др.).

Существует теория о периодических (30
-
32 млн. лет) вспышках
уровней радиации на поверхности Земли в течение последних 500 млн. лет.
Последний всплеск произошел 10 млн. лет тому назад. По
-
видимому,
урановые отравления обуславливают те мучительные экс
периментыª, в
результате которых неживая природа периодически уничтожает
высокоорганизованные виды живых существ и выводит на сцену новые
виды. Указанная периодичность связана с обращением Солнечной системы
вокруг ядра Галактики.


163


5. Критерии вмешательст
ва на загрязненных территориях

1. Защита населения на территориях, подвергшихся радиоактивному
загрязнению, осуществляется на основе принципов безопасности при
вмешательстве. При любых восстановительных действиях необходимо
обеспечить непревышение уровня п
ороговых детерминированных эффектов
у населения.

2. Числовые значения критериев вмешательства для территорий,
загрязненных в результате радиационных аварий, и вмешательства при
обнаружении локальных радиоактивных загрязнений (последствий прежней
деятельно
стиª) различаются.

3. Критерии вмешательства на территориях, загрязненных в результате
радиационных аварий.

3.1. На разных стадиях аварии вмешательство регулируется зонированием
загрязненных территорий, основанным на величине годовой эффективной
дозы, кото
рая может быть получена жителями в отсутствии мер
радиационной защиты. Под годовой дозой здесь понимается эффективная
доза, средняя у жителей населенного пункта за текущий год, обусловленная
искусственными радионуклидами, поступившими в окружающую среду в
результате радиационной аварии.

3.2. На территории, где годовая эффективная доза не превышает 1 мЗв,
производится обычный контроль радиоактивного загрязнения объектов
окружающей среды и сельскохозяйственной продукции, по результатам
которого оценивается до
за облучения населения. Проживание и
хозяйственная деятельность населения на этой территории по
радиационному фактору не ограничивается. Эта территория не относится к
зонам радиоактивного загрязнения. При величине годовой дозы более 1 мЗв
загрязнение терри
тории по характеру необходимого контроля обстановки и
защитных мероприятий подразделяется на зоны.

164


3.3. Зонирование на ранней и промежуточной стадиях радиационной
аварии рассмотрено в п.

6.3.3.4.

3.4. Зонирование на восстановительной стадии радиационной ав
арии

3.4.1.

Зона радиационного контроля

-

от 1 мЗв до 5 мЗв. В этой зоне,
помимо мониторинга радиоактивности объектов окружающей среды,
сельскохозяйственной продукции и доз внешнего и внутреннего облучения
населения и его критических групп, осуществляются
меры по снижению доз
на основе принципа оптимизации и другие необходимые активные меры
защиты населения.

3.4.2.

Зона ограниченного проживания населения

-

от 5 мЗв до 20 мЗв. В
этой зоне осуществляются те же меры мониторинга и защиты населения, что
и в зоне

радиационного контроля. Добровольный въезд на указанную
территорию для постоянного проживания не ограничивается. Лицам,
въезжающим на указанную территорию для постоянного проживания,
разъясняется риск ущерба здоровью, обусловленный воздействием радиации.

3.4.3.

Зона отселения
-

от 20 мЗв до 50 мЗв. Въезд на указанную
территорию для постоянного проживания не разрешен. В этой зоне
запрещается постоянное проживание лиц репродуктивного возраста и детей.
Здесь осуществляется радиационный мониторинг людей и объе
ктов внешней
среды, а также необходимые меры радиационной и медицинской защиты.

3.4.4.

Зона отчуждения
-

более 50 мЗв. В этой зоне постоянное
проживание не допускается, а хозяйственная деятельность и
природопользование регулируется специальными актами. Осу
ществляются
меры мониторинга и защиты работающих с обязательным индивидуальным
дозиметрическим контролем.

4. Критерии вмешательства при обнаружении локальных радиоактивных
загрязнений

4.1.

Уровень исследования

-

от 0,01 до 0,3 мЗв/год. Это такой уровень
ра
диационного воздействия источника на население, при котором требуется
выполнять исследование источника с целью уточнения оценки величины
165


годовой эффективной дозы и определения величины дозы, ожидаемой за 70
лет.

4.2.

Уровень вмешательства
-

более 0,3 мЗв/г
од. Это такой уровень
радиационного воздействия, при превышении которого требуется проведение
защитных мероприятий с целью ограничения облучения населения.
Масштабы и характер мероприятий определяются с учетом интенсивности
радиационного воздействия на нас
еление по величине ожидаемой
коллективной эффективной дозы за 70 лет.

4.3. Решение о необходимости, а также о характере, объеме и очередности
защитных мероприятий принимается органами Госсанэпиднадзора с учетом
следующих основных условий:



местонахождения з
агрязненных участков (жилая зона, дворовые
участки, дороги и подъездные пути, жилые здания, сельскохозяйственные
угодья, садовые и приусадебные участки и пр.; промышленная зона;
территория предприятия, здания промышленного и административного
назначения, м
еста сбора отходов и пр.);



площади загрязненных участков;



возможного проведения на участке загрязнения работ, действий
(процессов), которые могут привести к увеличению уровней
радиационного воздействия на население;



мощности дозы гамма
-
излучения, обусловле
нной радиоактивным
загрязнением;



изменения мощности дозы гамма
-
излучения на различной глубине от
поверхности почвы (при загрязнении территории).

166


5.1. Авария на чернобыльской АЭС и её последствия

5.1.1. Краткая характеристика типовых ядерных энергетическ
их
установок


Ядерные энергетические установки (ЯЭУ) различаются типом
реактора, видом теплоносителя, целевым назначением, тепловой схемой и
другими показателями.

В зависимости от структуры расположения ядерного топлива и
замедлителя реакторы могут быть го
могенными и гетерогенными. Широкое
распространение получили две разновидности гетерогенных реакторов на
тепловых нейтронах: с твердым замедлителем (графит) и с жидким
замедлителем (тяжелая вода).

По конструктивному исполнению реакторы подразделяются на
кор
пусные и канальные. В корпусных реакторах активная зона находится в
корпусе, который рассчитан на полное давление теплоносителя. Корпусные
реакторы компактны, но их единичная мощность ограничена. В канальных
реакторах отсутствует прочный корпус. Активная з
она состоит из
одинаковых технологических каналов с индивидуальным охлаждением, в
которых размещаются тепловыделяющие сборки (ТВС). Увеличивая число
каналов, можно получить более высокую единичную мощность.

Тепловая схема ЯЭУ может быть одно
-
, двух
-

и трех
контурной. Одно
-

и двухконтурные схемы применяются с реакторами на тепловых нейтронах с
водным теплоносителем, трехконтурные
-

с реакторами на быстрых
нейтронах с натриевым теплоносителем.

В СНГ наибольшее распространение получили водоохлаждаемые
установки

типа ВВЭР и РБМК.


167



Рисунок 37
-

Установка реактора ВВЭР
-
1000

Водо
-
водяной энергетический реактор (ВВЭР)
-

это гетерогенный
реактор на тепловых нейтронах, в котором вода используется одновременно
в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов. В СНГ
на
промышленных АЭС с электрической мощностью блока 440 и 1000 МВт
используются два типа таких реакторов: ВВЭР
-
440 и ВВЭР
-
1000. Строятся в
настоящее время только энергетические блоки ВВЭР
-
1000.

168



Рисунок 38
-


Схема ректора РМБК
-

1000

Реакторы типа ВВЭР п
редставляют собой вертикальный
толстостенный цилиндрический сосуд с самоуплотняющейся сферической
крышкой, рассчитанной на давление до 18 МПа. Активная зона реактора
находится внутри корпуса. Ядерным топливом служит диоксид урана,
обогащенный до 3...4%, сп
еченный в таблетки диаметром чуть больше
сантиметра и высотой 1,5 см. Таблетки помещаются в тонкостенные ТВЭЛы
из циркония, представляющие собой пустотелые цилиндры. Для обеспечения
необходимой жесткости, удобства монтажа ТВЭЛы соединяют в кассеты.
Длитель
ность нахождения топлива в активной зоне 3 года. Но для более
равномерной работы реактора его каждый год останавливают и заменяют 1/3
кассет.

Реактор располагается в бетонной шахте, вокруг которой расположены
парогенераторы и циркуляционные насосы, прокачи
вающие воду через
активную зону. Все это оборудование окружено защитой из воды и
железобетона для снижения уровня нейтронного и
-
излучения. Тепловая
схема ВВЭР
является двухконтурной (рис.39
).




169



Рисунок 39
-

Тепловая схема ВВЭР

Это означает, что теплоно
ситель и рабочее тело движутся по
самостоятельным контурам, общим оборудованием для которых является
парогенератор (2).

Контур теплоносителя называется первым, контур рабочего тела


вторым.

Нагретая в реакторе (1) вода поступает в парогенератор (2), отдае
т своё
тепло рабочему телу и главным циркуляционным насосом (3) возвращается в
реактор.

В системе первого контура находится компенсатор давления (4).
Полученный в парогенераторе пар подается на турбину (5), вращает её, затем
конденсируется в конденсаторе (
6). Конденсат питательным насосом (7)
подается в парогенератор. Электроэнергия вырабатывается
электрогенератором (8). В двухконтурной схеме радиационное загрязнение
второго контура невелико, поэтому реакторные установки ВВЭР
используются в атомной ТЭЦ (АТЭ
Ц).

ЯЭУ ВВЭР
-
440 и ВВЭР
-
1000 установлены на Нововоронежской,
Кольской, Ровенской, Южно
-
Украинской и других АЭС. Масса топлива в
активной зоне реактора 80 т.

170


Наряду с реакторами типа ВВЭР в СНГ нашли применение урано
-
графитовые канальные реакторы типа РБМК
(реактор большой мощности,
канальный) устройство и принцип работы которого был рассмотрен в 3
разделе.

В результате дальнейшего развития ядерной энергетики возрастет
потребность в ядерном топливе, запасы которого ограничены. В настоящее
время перспективы р
азвития ядерной энергетики связывают со
строительством реактивов на быстрых нейтронах. Такие реакторы, кроме
выработки электроэнергии, позволяют осуществлять расширенное
воспроизводство ядерного топлива.

В реакторах на быстрых нейтронах отсутствует замедли
тель, в
результате чего объем активной зоны в несколько раз меньше, чем в ВВЭР
или РБМК, и составляет примерно 2 м3. В качестве ядерного топлива в таких
реакторах используется искусственно полученный плутоний
-
239 или высоко

обог
а
щенный уран (более 20%). Тр
ебования высокой концентрации
плутония
-
239 или урана

в активной зоне вытекает из того, что вероятность
деления их ядер под воздействием быстрых нейтронов в несколько сотен раз
меньше, чем под действием тепловых нейтронов. Последнее объясняется
скоростью не
йтронов (чем больше скорость нейтрона, тем меньше он
находится в области действия ядерных сил и вероятность его поглощения
ядром уменьшается). В активной зоне реактора размещаются 370 топливных
сборок, в каждой из которых содержится по 127 ТВЭЛов. В этой ж
е зоне
расположены 27 стержней системы управления и защиты.

Активная зона реактора со всех сторон окружена так называемой зоной
воспроизводства, состоящей из ТВЭЛов. ТВЭЛы заполнены ураном
-
238,
обедне
н
ного изотопом урана
-
235, или торием
-
232. Зона воспроизв
одства
одновременно играет и роль отражателя нейтронов. Выделившиеся в
активной зоне в результате деления ядер урана
-
235 (или плутония
-
239)
быстрые вторичные нейтроны попадают в зону воспроизводства, где
171


происходит радиоактивный захват ядрами урана
-
238 (ил
и тория
-
232). В зоне
воспроизводства реактора накапливаются изотопы плутония
-
239 или урана
-
233, которые могут использоваться в дальнейшем в качестве ядерного
топлива.

Для отвода тепловой энергии образующейся в активной зоне и в зоне
воспроизводства, в реак
торах на быстрых нейтронах используется
трехконтурная технологическая схема (рис. 7.2).


Рисунок 40
-


Технологическая схема АЭС с
реактором на быстрых
нейтронах

1


ТВЭЛы активной зоны; 2


ТВЭЛы зоны воспроизводства; 3


корпус реактора; 4


бетонный ко
рпус реакторного зала; 5


теплоноситель
первого контура; 6


циркуляционный насос; 7


промужуточный
теплообменник; 8


теплоноситель второго контура; 9


парогенератор;
теплоноситель третьего контура; 11


паровая турбина; 12


технологический
конденсато
р; 13


генератор.

В качестве теплоносителей первого и второго контуров используется
жидкий натрий, третьего


вода. Жидкий натрий обладает малой
вероятностью поглощения нейтронов и малой замедляющей способностью.
Проходя по активной зоне и зоне воспроизво
дства, жидкий натрий первого
контура нагревается до 5500С и поступает в промежуточный теплообменник.
Там он отдает теплоту теплоносителю второго контура. Теплоноситель
второго контура поступает в парогенератор, где происходит превращение в
172


пар воды, являющ
ейся теплоносителем третьего контура. Вырабатываемый в
парогенераторе пар поступает в турбину электрогенератора. Таким образом,
схему теплоотвода реактора составляют один радиоактивный и два
нерадиоактивных контура.

Материал ТВЭЛов, выгруженных из активной

зоны и зоны
воспроизводства, подвергается регенерации с целью извлечения из
облученного нейтронами топлива уран
-
233 и плутоний
-
239. Время работы
реактора составляет 150 суток, что значительно меньше, чем для ВВЭР и
РБМК.

Регенерация отработавших ТВЭЛов пр
оизводится на радиохимических
заводах.

Дальнейшее развитие ядерной энергетики в 21 в. специалисты всего
мира связывают со строительством реакторов на быстрых нейтронах.

5.1.2. Причины аварии на ЧАЭС, начальные ее последствия и состояние


В ночь с 25 на 26

апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС
произошла

крупнейшая в современной истории человечества катастрофа,
последствия которой еще долго будут сказываться на жизни населения нашей
республики.

Непосредственными причинами аварии явились грубейшие ошибки
персон
ала, обслуживающего реактор, а также конструктивные недостатки
ЯЭУ РБМК
-
1000.

25 апреля 1986 г. планировалась остановка четвертого блока ЧАЭС для
планового ремонта. В процессе остановки намечено было провести
эксперимент. Он заключался в том, что один из д
вух турбогенераторов ЯЭУ
после прекращения подачи пара на турбину должен был, продолжать
вращаться по инерции, производить энергию для запитывания
циркуляционных насосов, прокачивающих воду, необходимую для
173


аварийного охлаждения реактора. Идея эксперимента

заключалась в том,
чтобы проверить возможность поддержания жизнеспособности ЯЭУ за счет
запаса энергии вращения ротора турбины в случае, если прекращается подача
пара на турбины и отключаются внешние источники электропитания
системы аварийного охлаждения
реактора (CAOP).

Анализ программы специалистами показал грубейшие ошибки ее
авторов.

Во
-
первых, отключение CAOP было необязательно. Во
-
вторых,
электрическая цепь насосов CAOP могла быть сымитирована чем угодно,
только не главными циркуляционными насосами,
прокачивающими воду
через активную зону реактора. Изменение режима их работы не может не
оказывать воздействия на работу реактора в целом. Недостатки программы
опыта усугубились отступлениями от программы и ошибками персонала при
ее реализации. Эти недоста
тки и ошибки, подкрепленные пренебрежением
нормами ядерной безопасности, стали главными причинами трагедии.

26 апреля в 1 ч 23 мин 44 сек мощность цепной реакции в 100 раз
превысила номинальную. За доли секунды ТВЭЛы разрушаются, давление
пара в каналах мн
огократно возрастает. Происходит первый взрыв. В
результате химических реакций продуктов взрыва и образования смесей
водорода и окиси углерода с кислородом в 1 ч 23 мин 46 сек раздался новый
взрыв. Разрушилось перекрытие реакторного зала, около четверти гр
афита и
часть топлива были выброшены наружу. Цепная реакция в зоне
прекратилась. Но мощная струя газообразных и аэрозольных радиоактивных
продуктов наблюдалась в течение 2
-

суток после аварии. Благодаря
принятым экстренным мерам выброс радиоактивных продук
тов 6 мая резко
снизился. Но практически выбросы завершились к концу этого месяца.

Суммарная активность аварийных выбросов оценивается в 510 Кu, что
составляет примерно 4% общей активности продуктов ядерного деления в
реакторе. В результате сложилась радиа
ционная обстановка, своеобразие
174


которой обусловлено: продолжительностью, дисперсным составом и высотой
радиоактивного выброса, а также сложной метеорологической обстановкой.

Непосредственно взрывом 26 апреля 1986 г. выброшена лишь четверть
всех радиоактивн
ых веществ. Остальные выделялись почти 10 суток, пока
реактор не был заглушен. Метеообстановка характеризовалась слабым и
неустойчивым по направлению ветром в приземных слоях атмосферы, а на
высотах 700...1500 м


юго
-
восточным ветром с переносом воздушных

масс в
северо
-
западном направлении со скоростью 5...10 м/с. В соответствии с
метеообстановкой наиболее мощная струя газообразных и аэрозольных
радиоактивных продуктов в течение первых 2...3 суток распространялась на
различные районы Белоруссии. В последую
щие два дня радиоактивное
облако устремилось на страны Центральной Европы и затем на Балканы, а 1
мая
-

на восток, в соответствии со сменой направления ветра.

Что касается состава радионуклидов в аварийном выбросе, то он
примерно соответствует составу ради
онуклидов, накопленному в активной
зоне реактора за все время его работы, и отличается от него повышенным
содержанием летучих продуктов деления (йода, цезия, инертных газов). Так,
считается, что были выброшены практически все радиоактивные инертные
газы (к
сенон, криптон), 20% йода
-
131, 10% цезия
-
134, 13% цезия
-
137, 4%
стронция
-
89 и стронция
-
90.

Всего же в воздух было выброшено около 450 различных типов
радионуклидов, к числу важнейших из которых отнесен 21 радионуклид.

В начальный период после аварии основн
ой вклад в суммарную
активность вносили короткоживущие изотопы йод
-
131, стронций
-
89, теллур
-
132, инертные газы. В настоящее время наибольшую опасность представляют
долгоживущие изотопы цезий
-
137 и стронций
-
90, плутониевые
радионуклиды, входящие в состав г
орячихª частиц. Горячиеª частицы
-

это сравнительно крупные (десятки и более микрон), крайне радиоактивные
частицы ядерного топлива, выброшенного взрывом.

175


В Республике Беларусь изотопами стронция и цезия загрязнено около
тыс. км2, т.е. пятая часть террито
рии республики. Радиоактивность
загрязненных районов оказалась очень неравномерной. Цезием
-
137 с
уровнем активности от 5 до 15 Кu/км2 загрязнено около 10 тыс. км2, свыше
15 Ku/км
-

7 тыс. км2.

На остальной загрязненной площади уровень активности от 1 до 5
Ku/км2. Да и в пределах каждого пятнаª радиоактивность часто меняется в
10...20 раз.

Распределение радионуклидов по территории республики Беларусь
следующее. Горячиеª частицы выпали в основном в южной части
Гомельской области недалеко от ЧАЭС. Большая ча
сть стронция также
сосредоточена в 30километровой зоне. Более летучий цезий был отнесен на
большие расстояния, а газообразные радиоуглерод и тритий
распространились повсеместно.

Внутри разрушенного блока после взрыва осталось около 96% топлива
от первонача
льной загрузки, не считая продуктов деления и
конструкционных, обладающих наведенной активностью. Поэтому к числу
важнейших мер по ликвидации последствий аварии относилось сооружение
объекта Укрытиеª, или Саркофагаª. Его основное назначение состоит в
пре
дотвращении выхода в окружающую среду радиоактивных веществ из
поврежденного реактора и защите прилегающих территорий от
проникающего излучения.

Основная часть саркофага, заключающая в себя аварийный блок, была
построена к ноябрю 1986г. А весь объект, пред
ставляющий собой
железобетонное сооружение высотой в 20
-
этажный дом, был завершен в
1988г.

При эксплуатации саркофага исключается:



возникновение самоподдерживающейся цепной реакции;



нарушение условий теплосъема, приводящих к плавлению остатков
топливной
массы;

176




образование взрывоопасной массы водорода.

Для реализации этих задач Саркофагª построен в виде целостной
контрольно
-

измерительной системы, способной не только следить за
процессами в разрушенном реакторе, но и прогнозировать их развитие.

Анализ по
лучаемой информации позволяет расценивать нынешнее
состояние объекта как безопасное.

5.1.3. Экономические последствия катастрофы на ЧАЭС


Чернобыльская катастрофа оказала воздействие на все сферы
жизнедеятельности

человека


производство, культуру, науку,
экономику и
др. Из сельскохозяйственного оборота выведено 2,64 тыс. кв. км
сельхозугодий. Ликвидировано 54 колхоза и совхоза, закрыто девять заводов
перерабатывающей промышленности агропромышленного комплекса. Резко
сократились посевные площади и валовой с
бор сельскохозяйственных
культур, существенно уменьшилось поголовье скота.

Значительно уменьшены размеры пользования лесными, минерально
-
сырьевыми и другими ресурсами. В зоне загрязнения оказались 132
месторождения различных видов минерально
-
сырьевых ресур
сов, в том
числе 47 % промышленных запасов формовочных песков, 19 %
строительных и силикатных, 91 % стекольных песков республики, 20 %
промышленных запасов мела, 13 % запасов глин для производства кирпича,
40 % тугоплавких глин, 65 % запасов строительного
камня и 16 %
цементного сырья.

Из пользования выведено 22 месторождения минерально
-
сырьевых
ресурсов, балансовые запасы которых составляют почти 5 млн. куб. м
строительного песка, песчано
-
гравийных материалов и глин, 7,7 млн. т мела
и 13,5 млн. т торфа. Из

планов проведения геологоразведочных работ
исключена территория Припятского нефтегазоносной области, ресурсы
которой оценены в 52,2 млн. т нефти.

177


Большой урон нанесла Чернобыльская катастрофа лесному хозяйству.
Более четверти лесного фонда Беларуси


17,3

тыс. кв. км леса подверглись
радиоактивному загрязнению. Ежегодные потери древесных ресурсов
превышают в настоящее время 2 млн. куб. м, а к 2010 году они достигли 3,5
млн. куб. м. В Гомельской и Могилевской областях, где загрязнено
радионуклидами соответс
твенно 51,6 и 36,4 % общей площади лесных
массивов, заготовка древесины на территории с плотностью загрязнения по
цезию
-
137 555 кБк/кв.м и выше полностью прекращена.

В зоне загрязнения находится около 340 промышленных предприятий,
условия, функционирования

которых существенно изменилось. В связи с
отселением населения из наиболее пострадавших районов деятельность ряда
промышленных предприятий и объектов социальной сферы прекращена.
Другие же несут большие потери и продолжают терпеть убытки от снижения
объем
ов производства, неполной окупаемости средств, вложенных в здания,
сооружения, оборудование, мелиоративные системы. Существенными
являются потери топлива, сырья и материалов.

Ущерб, нанесенный республике Чернобыльской катастрофой в расчете
на 30
-
летний пер
иод ее преодоления, оценивается в 235 млрд. дол. США, что
равно 32 бюджетам республики 1985 года. Сюда включены потери,
связанные с ухудшением здоровья населения, ущербом, нанесенным
промышленности и социальной сфере, сельскому хозяйству, строительному
ком
плексу, транспорту и связи, жилищно
-
коммунальному хозяйству,
загрязнением минерально
-
сырьевых, земельных, водных, лесных и других
ресурсов, а также дополнительные затраты, связанные с осуществлением мер
по ликвидации и минимизации последствий катастрофы и
обеспечением
безопасных условий жизнедеятельности населения.

Проведенная оценка ущерба не является окончательной, поскольку
причинно
-
следственные связи, отражающие воздействие радиоактивного
загрязнения территории на различные стороны жизнедеятельности,
до
статочно сложны.

178


Наука пока не располагает полной и окончательной информацией о
медико
-
биологических, социальных и экологических последствиях
чернобыльской катастрофы.

Кроме того, экономический кризис в республике поставил радиоактивно
загрязненные террито
рии в особо сложные социально
-
экономические
условия.

На них особенно резко проявляются общие черты кризиса: спад
производства, отток из этих районов населения, неразвитость
потребительского сектора, низкий уровень удовлетворения потребностей в
социально
-
бы
товом и медицинском обслуживании населения.

Природные ресурсы и производственный потенциал наиболее
пострадавших территорий оказались выведенными из сферы экономической
деятельности вследствие введенных ограничений на условия проживания
людей и ведение хоз
яйственной деятельности. Очевидно, что ни быстрое
самовосстановление этих регионов, ни прямая реставрация здесь объектов
народного хозяйства невозможны в условиях проводимого в настоящее
время реформирования экономики. В данном случае можно говорить лишь о

длительном процессе реабилитации, который подразумевает поэтапное
введение в народнохозяйственную сферу утраченного потенциала по мере
создания безопасных условий для проживания людей и развития тех
отраслей, деятельность которых возможна в условиях радио
активного
загрязнения без ущерба доля здоровья населения.

Характер и величина ущерба, нанесенного катастрофой на ЧАЭС,
явились мощными дестабилизирующими факторами социально
-
экономического развития республики. В итоге все основные отрасли
народного хозяйст
ва в зонах радиоактивного загрязнения попали в
исключительно тяжелое экономическое положение.



179


6. Физические основы применения рентгеновского излучения в
медицине


В основе применения рентгеновских лучей в медицине лежит закон
ослабления потока рентгенов
ских лучей веществом, т.е. закон Бугера. Как
видно из формулы закона Бугера, излучение с одной и той же длиной волны
поглощается веществом тем сильнее, чем больше плотность ρ и чем выше
атомный номер Z. Кость поглощает Х
-
лучи сильнее, чем мягкие ткани.

Ес
ли на пути пучка рентгеновского излучения поместить неоднородное
тело и за ним флуоресцирующий экран, то из
-
за неравномерного поглощения
на экране образуется тень, где светлые изображения соответствуют более
плотным участкам тела, а темные
-

менее плотным
участкам, так как у
первых больше поглотительная способность, а у вторых


меньше.
Полученная таким образом, тень позволяет судить о внутреннем строении
тела.

Если массовый коэффициент ослабления в основном определяется
фотоэффектом, то можно считать, что

его значение обратно
пропорционально третьей степени энергии фотона (пропорционально λ
3
), и
пропорционально третьей степени атомного номера вещества
-
поглотителя
(пропорционально Z
3
): μ
m
= k λ
3

Z
3
. Используя эту формулу можно сравнивать
массовые коэффициент
ы различных веществ, например, массовые
коэффициенты ослабления μ
к

кости Са
3
(РО
4
)
2

и μ
в

мягкой ткани или воды
Н
2
О. Атомные номера Са, Р, О и Н соответственно равны 20, 15, 8 и 1.
Подставив эти числа в (31.12), получим




180


Существенное различие поглощени
я рентгеновского излучения разными
тканями позволяет в теневой проекции видеть изображения внутренних
органов тела человека.

Если учесть вклад в ослабление потока рентгеновского излучения
когерентного и некогерентного рассеяния, то последняя формула примет

вид


μ
m
= k λ
3

Z
4
.


Из формулы видно, что массовый коэффициент ослабления зависит от
третьей степени длины волны излучения, чем больше длина волны, тем
больше поглощение, и наоборот. Принято считать, что более поглощаемое
излучение длинноволновое, мягкое,

а менее поглощаемое
-

коротковолновое,
жесткое. Проникающая способность жестких лучей больше, чем у мягких
лучей.

Элементы в периодической системе Д.И. Менделеева, имеющие
большие атомные номера, способны поглощать большую часть
рентгеновских лучей и мень
шую часть пропускать через вещество. Поэтому
такие элементы, как свинец, широко используются для защиты от
рентгеновского излучения.

Этот способ используется в медицине для защиты медперсонала и
пациентов (больных), так как от рентгеновского излучения нел
ьзя
защититься с помощью электрического или магнитного поля. Рентгенологи
во время работы используют просвинцованные резиновые перчатки и
фартуки, экраны с отражателями. У них имеются профессиональные льготы
и особый сокращенный режим работы.




181


6.1. Мето
ды использования рентгеновских лучей в медицине


Рентгеновские лучи относятся к группе излучений, называемых
ионизирующими. Эта их способность положена в основу измерения дозы
облучения, получаемой человеком при рентгеновском облучении.

Рентгеновские лучи
используются в медицине и в терапевтических и
диагностических целях.

В терапевтических целях рентгеновские лучи применяют главным
образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия).
В этом случае используют более мягкое рентгеновское изл
учение, т.е. менее
проникающее и более поглощаемое излучение.

В диагностических целях рентгеновские лучи применяются для
просвечивания внутренних органов. Различают два варианта
рентгенодиагностики: рентгеноскопия и рентгенография. В рентгеноскопии
изобра
жение рассматривают на рентгено
-
люминесцирующем экране, а в
рентгенографии


изображение фиксируют на фотопленке. При
рентгеноскопии вызывают свечение лучи, прошедшие через мягкие ткани,
т.е. менее поглощенный пучок излучения, а плотные ткани, поглотившие
излучение, дают темную тень. При рентгенографии лучи, прошедшие через
мягкие ткани, менее поглощаются и, вызывая фотохимические реакции на
пленке, дают более темное изображение, чем лучи, прошедшие через
плотные ткани, они дают светлые изображения, так как

интенсивность
прошедших лучей настолько мала, что они не вызывают фотохимических
реакции на пленке.

Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково
ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные
контрастные вещества. Так, наприме
р, наполнив желудок и кишечник
кашеобразной массой сульфата бария, можно видеть их теневое
изображение.

182


Яркость изображения на экране и время экспозиции на фотопленке
зависят от интенсивности рентгеновского излучения. Если его используют
для диагностики, т
о интенсивность не может быть сделана большой, чтобы
не вызвать нежелательных биологических последствий. Поэтому имеется ряд
технических приспособлений, улучшающих изображение при малых
интенсивностях рентгеновского излучения. В качестве примера такого
при
способления можно указать электронно
-
оптические преобразователи.
При массовом обследовании населения широко используется вариант
рентгенографии


флюорография
, при которой на чувствительной
малоформатной пленке фиксируется изображение с большого рентгено
-
л
юминесцирующего экрана. При съемке используют линзу большой
светосилы, готовые снимки рассматривают на специальном увеличителе.

Интересным и перспективным вариантом рентгенографии является
метод, называемый
рентгеновской томографией,
и его машинный вариан
тª


компьютерная томография.
Обычная рентгенограмма охватывает
большой участок тела, причем различные органы и ткани затеняют друг
друга. Можно избежать этого, если периодически совместно в противофазе
перемещать рентгеновскую трубку
РТ
и фотопленку
Фп
от
носительно
объекта
Об
исследования. В теле имеется ряд непрозрачных для
рентгеновских лучей включений, они показаны кружочками на рисунке. Как
видно (рис. 12) рентгеновские лучи при любом положении рентгеновской
трубки
(
J
, 2
и т.д.) проходят через одну и т
у же точку объекта, являющуюся
центром, относительно которого совершается периодическое движение
РТ к
Фп.
Эта точка, точнее небольшое непрозрачное включение, показана темным
кружком. Его теневое изображение перемещается вместе с
Фп,
занимая
последовательно

положения
1, 2 и
т.д. Остальные включения в теле (кости,
уплотнения и др.) создают на
Фп
некоторый общий фонª, так как
рентгеновские лучи не постоянно затеняются ими. Изменяя положение
центра качанияª, можно получить послойное рентгеновское изображение
тела. Отсюда и название


томография
(послойная запись).

183



Рисунок 41
-

Схематическсое изображнение рентгеновской томографии


Можно, используя тонкий пучок рентгеновского излучения, экран
(вместо
Фп),
состоящий из полупроводниковых детекторов ионизирующего

излучения, и ЭВМ, обработать теневое рентгеновское изображение при
томографии. Такой современный вариант томографии (вычислительная или
компьютерная рентгеновская томография) позволяет получать послойные
изображения тела на экране электронно
-
лучевой трубк
и или на бумаге с
деталями менее 2 мм при различном поглощении рентгеновского излучения
до 0,1%. Это позволяет, например, различать серое и белое вещество мозга и
видеть очень маленькие опухолевые образования.

В рентгеноструктурном анализе рентгеновские лу
чи используют для
исследования внутреннего строения кристалла или веществ в любых
агрегатных состояниях.

184


7. Способы и средства защиты населения от ионизирующих излучений

7.1. Общие принципы защиты населения от ионизирующих излучений


Человек подвержен о
блучению не только естественными, но и
искусственными источниками ионизирующих излучений, которые могут
превосходить допустимые нормы. Отсюда возникает необходимость защиты
человека от этой опасности. Условия безопасности требуют проведения
защитных меропр
иятий не только в отношении людей, работающих с
радиоактивными веществами, но и тех, которые находятся в смежных
помещениях или проживают на близких расстояниях от источников
излучений.

Защита населения от ионизирующих излучений осуществляется
проведением
комплекса мероприятий, которые условно можно разделить на
четыре группы: организационные, инженерно
-
технические, лечебно
-
профилактические и санитарно
-
гигиенические, применение средств
индивидуальной защиты.

К основным организационным мероприятиям можно отн
ести:
подготовку и содержание помещений для работы с радиоактивными
веществами, защиту расстоянием и установление санитарно
-
защитных зон,
защиту временем и др.

Требования к устройству и размещению помещений, в которых должны
проводиться работы с радиоактив
ными веществами, определяются классом
работ. В зависимости от группы радиационной опасности радионуклида, его
активности на рабочем месте все работы с радиоактивными изотопами
подразделяются на три класса. Особые требования предъявляются к
помещениям работ

1
-
го класса. Такие помещения должны иметь знак
радиационной опасности с указанием класса работы. Особые требования
185


предъявляются к размещению оборудованию в тех помещениях, в которых
проводятся работы 1
-
го класса.

Эти помещения должны находиться в отдельн
ом здании или
изолированной части зданий, иметь отдельный вход через санпропускник. В
них выделяются три зоны.

В первой зоне размещаются укрытия
-
боксы, камеры, оборудование,
коммуникации, являющиеся источниками радиоактивного загрязнения.

Во второй зоне ра
змещаются объекты и помещения, в которых люди
могут находиться периодически (помещения для временного хранения
отходов и др.).

В третьей зоне располагаются пункты управления, операторные, т.е.
помещения для постоянного пребывания людей во время работы.

Меж
ду зонами устраиваются санитарные шлюзы для того, чтобы
предотвратить перенос радиоактивных веществ. Желательно в одном
помещении проводить работу с веществами одной активности. Это облегчает
устройство защитных средств. Стены, потолки и двери делают гладк
ими,
чтобы они не имели пор и трещин. Все углы в помещении закругляются для
облегчения уборки помещений от радиоактивной пыли. Стены покрывают
масляной краской на высоту 2 м, а при поступлении в воздушную среду
помещения радиоактивных аэрозолей или паров с
тены и потолки покрывают
масляной краской полностью.

Полы изготавливаются из плотных материалов, которые не впитывают
жидкости, применяя для этого линолеум, полихлорвиниловый пластикат и
др.

В помещении предусматривается воздушное отопление. Обязательно
ус
тройство приточно
-
вытяжной вентиляции не менее чем с пятикратным
обменом воздуха. Рециркуляция воздуха запрещена. В рабочих помещениях
186


ежедневно проводят влажную уборку, а один раз в месяц
-

генеральную
уборку с мытьем горячей мыльной водой стен, окон, две
рей и всей мебели.
Это предотвращает накопление радиоактивных загрязнителей. Уборочный
инвентарь из помещений не выносят, а хранят в закрывающихся
металлических шкафах или ящиках.

Перед началом работы с радиоактивными веществами тщательно
проверяют действи
е вентиляции, состояние оборудования и средств
индивидуальной защиты (СИЗ). При неисправности оборудования или СИЗ
эксплуатацию помещения немедленно прекращают.

Для работы с газообразными и летучими радиоактивными веществами
применяют боксы, специальные вы
тяжные шкафы, оборудованные местными
отсосами. Боксы оборудуют закрытой системой вентиляции: приточный
воздух подается по самостоятельной системе воздуховодов, а удаляемый
загрязненный воздух очищается в индивидуальном фильтре бокса.

Величина экспозиционно
й дозы облучения X, накопленная работником
за время облучения t, оценивается выражением где А


активность источника
излучения, мKu;


k


гамма
-
постоянная радионуклида, равная мощности экспозиционной
дозы, создаваемой гамма
-
излучением точечного радионукли
дного источника
активностью 1 мКu на расстоянии 1 см от него. Гамма
-
постоянная
измеряется в Рсм2/(мКuч) и определяется по таблицам;

R


расстояние от источника излучения до рабочего места, м.

Из выражения (9.1) следует, что величина экспозиционной дозы обр
атно
пропорциональна квадрату расстояния между источником излучения и
рабочим местом. Поэтому наиболее эффективным способом защиты от
187


радиации является защита расстоянием, т.е. удаление рабочего места от
источника излучения. В этом случае при работе с ради
оактивными
веществами широко применяются роботизированные комплексы,
телевизионная аппаратура, дистанционное управление, копирующие и
координатные манипуляторы, удлиненные держатели или захваты и другие
средства.

В некоторых случаях условия работы с источн
иками не могут создать
стационарную защиту (например, при перезарядке установок, извлечении
радиоактивного препарата из контейнера, градуировке прибора). В этих
случаях для защиты персонала используют защиту временем. Из формулы
(8.1) видно, что величина э
кспозиционной дозы прямо пропорциональна
времени облучения t.

При защите временем организм человека подвергается облучению в
меньшей степени.

Для максимального снижения доз облучения и охраны окружающей
среды для каждого предприятия при работе в нормальных

условиях
нормативными актами устанавливаются санитарно
-
защитная зона и зона
наблюдения.

Санитарно
-
защитная зона (СЗЗ)


это территория вокруг предприятия
или источников радиоактивных отходов, на которой уровень облучения
может превысить предел годовой доз
ы для лиц из населения (ПГДнас). В СЗЗ
устанавливается режим ограничений: запрещается размещение жилых
зданий, детских и лечебно
-
оздоровительных учреждений и других объектов,
не относящихся к деятельности предприятия. Размеры СЗЗ определяются для
каждого к
онкретного предприятия в зависимости от его типа и мощности, а
также от климатических, метеорологических, топографических и других
условий. Радиус СЗЗ для атомных электростанций может составлять от 3 до 5
км.

188


Зона наблюдения (ЗН)


территория, в которой во
зможно влияние
радиоактивных газоаэрозольных выбросов и жидких сбросов, где облучение
может достигать ПГДнас. Минимальный радиус зоны наблюдения для
атомных электростанций должен быть не менее 30 км.

На территориях СЗЗ и ЗН проводится радиационный контроль
, который
включает в себя контроль загрязнения атмосферного воздуха, почвы,
растительности, воды открытых водоемов, продуктов питания и кормов
местного производства.

К инженерно
-
техническим мероприятиям относят применение экранов.

Под термином экранª пони
мают передвижные или стационарные
щиты, предназначенные для поглощения или ослабления ионизирующего
излучения. Экранами служат стенки контейнеров, сейфов, боксов и др.
Выбор материала для изготовления экрана зависит, прежде всего, от
преобладающего вида из
лучения. Кроме того, учитываются энергия
излучения, активность источника, наличие и стоимость материалов и др.

Для защиты от альфа
-
излучения достаточен слой воздуха в несколько
сантиметров, т.е. небольшое удаление от источника. Применяют также
экраны из пл
ексигласа и стекла толщиной в несколько миллиметров.

Для защиты от бета
-
излучения применяют комбинированные экраны,
которые изготавливаются из материалов с малой и большой атомной массой.
Материалы с малой атомной массой дают наименьшее тормозное излучение
.
При использовании экранов для защиты от бета
-
частиц из таких материалов
возникает высокоинтенсивное излучение малоэнергетических квантов, а при
применении экранов из тяжелых материалов возникают кванты больших
энергий, но меньшей интенсивности. При этом
со стороны источника
располагают материал с малой атомной массой, а за ним
-

с большой.
Возникающие в материале внутреннего экрана кванты с малой энергией
189


поглощаются в дополнительном экране из материала с большой атомной
массой.

Для защиты от гамма
-
излуче
ния применяют материалы с большой
атомной массой и высокой плотностью (свинец, вольфрам и т.п.). Часто
используют более легкие материалы, но менее дефицитные и более дешевые
(сталь, чугун, сплавы меди). Стационарные экраны изготовляют из бетона.

Для защиты

от нейтронного излучения применяют материалы,
содержащие водород (вода, парафин), а также графит, бериллий и др. При
защите от нейтронов и гамма
-
лучей применяют смеси тяжелых материалов с
водой, а также слоевые экраны из тяжелых и легких материалов (желез
о
-

вода, свинец
-

полиэтилен и др.).

При расчете защитных устройств в первую очередь учитывают
спектральный состав излучения, его активность, расстояние персонала от
источника и время пребывания в сфере воздействия излучения. Используя
выражение (9.1), ра
ссчитывают величину экспозиционной дозы, которая
может быть получена персоналом на заданном расстоянии и за определенное
время работы при условии, что активность источника излучения А известна.
Если активность источника излучения неизвестна, то ее можно оп
ределить из
выражения


где 


масса радионуклида, г;

Am


атомная масса вещества;

Т 1/2


период полураспада радиоактивного вещества;

k


константа, зависящая от избранных единиц измерения.

190


Если период полураспада задан в сутках, активность
-

в беккерел
ях, а
масса


в граммах, то К = 2,0710.

Руководствуясь НРБ


2000, определяют предельно допустимую
экспозиционную дозу для персонала ХД. Производят расчет соотношения N
из выражения



где Х


величина экспозиционной дозы, рассчитанная по формуле (9.1);

ХД



предельно допустимая величина экспозиционной дозы.

Зная значения N и линейного коэффициента ослабления (определяется
по таблицам для поглощающего материала экрана), рассчитывают толщину
защиты d для данного материала:


Для расчета толщины защиты в нас
тоящее время применяют также
таблицы, различные номограммы.

Эффективность экранов оценивают кратностью ослабления. Кратности
ослабления определяют из выражений



где Х (РЭКСП)


экспозиционная доза (мощность этой дозы) в данной
точке при отсутствии защиты
;

ХД


то же, при наличии защиты.

191


В зависимости от складывающейся обстановки для защиты населения от
радиационного воздействия следует применять:

а) временное укрытие в домах и убежищах (стены деревянного дома
ослабляют ионизирующее излучение в 2 раза, кир
пичного


в 10 раз; подвалы
с деревянным покрытием


в 7 раз, а с кирпичным или бетонным


в 40…
раз);

б) максимально возможную герметизацию помещений (плотное
закрытие дверей, окон, дымоходов и вентиляционных отверстий), которая
препятствует проникновению

в помещение радиоактивных веществ с
воздухом.

Химический метод защиты предусматривает проведение лечебно
-
профилактических и санитарно
-
гигиенических мероприятий. Этот метод
защиты от радиации основан на том, что химические вещества
вмешиваютсяª в ту после
довательность реакции, которая развертывается в
облученном организме, прерывают эти реакции либо ослабляют их. В
настоящее время на противолучевую активность проверены разнообразные
химические соединения. Вещества, обладающие радиозащитным эффектом,
называ
ются радиопротекторами.

Такая защита применяется при кратковременном воздействии
излучений, а также при длительном внешнем облучении маломощными
дозами и лучевой терапии. Некоторой эффективностью обладают вещества
природного происхождения, такие как экстра
кты элеутерококка, женьшеня,
китайского лимонника и другие, так называемые адаптогены.

При приеме радиопротекторов снижается степень проявления
радиационного поражения клеток.

Более сложной задачей является химическая защита от внутреннего
облучения радион
уклидами. Изотопы, поступающие внутрь организма,
192


накапливаются в отдельных органах и тканях. Поэтому предварительное
применение радиопротекторов, даже наиболее длительно действующих,
неэффективно. Химическая профилактика преследует в этом случае другую
цел
ь: не допускать всасывания изотопов внутрь организма.

Рекомендуемые лечебно
-
профилактические и санитарно
-
гигиенические
мероприятия по уменьшению поступления радионуклидов в организм с
загрязненными продуктами питания сводятся к следующему: проведение по
во
зможности рациональной кулинарной обработки пищевых продуктов,
предусматривающей, в частности, приготовление не жареных или тушеных, а
отварных продуктов; приготовление вторичныхª бульонов и отваров,
которое проводится следующим образом.

Мясо или рыба в
течение 2
-
3 ч вымывается в холодной воде, затем вода
сливается. Продукты заливаются новой порцией воды, которую доводят до
кипения и сливают. Варку заканчивают в новой порции воды; полное
очищение корнеплодов и овощей от частиц земли, тщательная их промывк
а и
снятие кожуры; широкое использование засолки или маринования овощей и
фруктов: ограничение употребления грибов; увеличение употребления таких
минеральных веществ, как калий, кальций, фосфор.

Это достигается включением в рацион таких богатых калием и 
чистыхª
от радионуклидов продуктов, как фасоль, горох, картофель, крупа овсяная и
пшеничная, редька, капуста и др.

К продуктам, богатым фосфором, относятся крупа гречневая, яйца, хлеб
ржаной, молочные продукты и др. Наличие в организме достаточных
количест
в стабильного калия, кальция и фосфора приводит к уменьшению
накопления организмом человека радионуклидов; круглогодичное
насыщение организма витаминами.

193


Перечень упомянутых выше рекомендаций сводится к тому, чтобы
питание было регулярным, полноценным, дос
таточным по калорийности,
составу белков, жиров, витаминов и минеральных веществ.

Средства индивидуальной защиты предназначаются для защиты от
попадания внутрь организма, на кожные покровы и одежду радиоактивных
веществ.

Они подразделяются на средства защи
ты органов дыхания и средства
защиты кожи. К первым относят фильтрующие и изолирующие противогазы,
респираторы, пневмошлемы, ватно
-
марлевые повязки и др.

Фильтрующие противогазы являются основным средством защиты
органов дыхания. Принцип защитного действия

их основан на
предварительном очищении (фильтрации) вдыхаемого человеком воздуха от
вредных примесей. Изолирующие противогазы применяются в том случае,
когда фильтрующие противогазы не обеспечивают такую защиту, а также в
условиях недостатка кислорода в в
оздухе.

К средствам защиты кожи относят: защитную фильтрующую одежду,
специальную изолирующую защитную одежду и приспособленную одежду
населения. Защитная фильтрующая одежда изготовляется в форме халата,
комбинезона или полукомбинезона из неокрашенной хлоп
чатобумажной
ткани. Специальную изолирующую одежду применяют при длительном
нахождении людей на загрязненной местности, при опасности значительного
загрязнения помещения радиоактивными веществами, в ходе проведения
дезактивационных работ.

Такая одежда изго
товляется в форме костюмов, комбинезонов из
прорезиненной ткани. Конструкция этой одежды должна допускать подачу
воздуха под одежду. Средством защиты может быть и обычная одежда,
пропитанная мыльно
-
масляной эмульсией.

194


Необходимо периодически проводить конт
роль средств защиты при
помощи дозиметрических приборов, так как с течением времени они могут
частично потерять свои защитные свойства вследствие появления тех или
иных незаметных нарушений ее целостности.

Защита населения может производиться расстоянием,
установкой
санитарно
-
защитных зон, проведением комплекса мероприятий лечебно
-
профилактического и санитарно
-
гигиенического характера, а также
применением средств индивидуальной защиты.

Учитывая радиационную обстановку на территории Республики
Беларусь, для
населения можно рекомендовать перечень мероприятий,
уменьшающих поступление радионуклидов в организм с зараженными
продуктами питания.

7.2. Хранение, учет и перевозка радиоактивных веществ и ликвидация
отходов


Радиоактивные вещества, у ко
торых преобладают

альфа
-

и бета
-
излучения, можно

хранить в специальном железном сейфе, находящемся в
лаборатории.

Гамма
-
активные вещества должны храниться в свинцовых контейнерах.

Если допустимый уровень гамма
-
илучения на поверхности сейфа не
превышает 0,3 мР/ч, то такой к
онтейнер также может храниться в
лаборатории. В том случае, когда фактический уровень превышает
допустимую величину, контейнеры помещают в хранилище в виде колодцев
или ниш. Извлечение препаратов из колодцев и ниш должно быть
механизировано.

Радиоактивные
вещества, при хранении которых возможно выделение
радиоактивных газообразных продуктов или аэрозолей, следует хранить в
вытяжном шкафу в закрытых сосудах. Если их хранят в хранилище, то
должна быть предусмотрена круглосуточная работа вытяжной вентиляции.

195


У
чет радиоактивных веществ должен показывать фактическое наличие
их на предприятии в целом на любое время. Это обеспечивает повседневный
контроль за использованием радиоактивных веществ. Радиоактивные
вещества учитываются по уровню активности, которая указы
вается в
сопроводительных документах.

Выдача радиоактивных веществ из мест хранения на рабочие места
производится ответственным лицом только с разрешения руководителя
учреждения, оформленного письменно. Возврат радиоактивных веществ в
хранилище и их расход

оформляется внутренними актами. Два раза в год
комиссия, назначенная руководителем учреждения, проверяет наличие
радиоактивных веществ, порядок их учета и выдачи.

Перевозить радиоактивные вещества можно любым видом транспорта.

При транспортировке должна б
ыть исключена всякая возможность их
разлива или просыпания. Перевозят вещества в специальных контейнерах,
упакованных в особой таре. Однако часто необходима дополнительная
защита для выполнения предъявляемых требований при перевозке. В
пределах города ради
оактивные вещества транспортируют отдельной
специально оборудованной машиной.

Регламенты захоронения радиоактивных отходов разрабатываются
Государственным комитетом Республики Беларусь по проблемам
последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС, Министерством

здравоохранения, другими компетентными органами и утверждаются
Советом Министров РБ.

Прием для захоронения радиоактивных отходов из
-
за пределов
республики, как правило, запрещается. Захоронение радиоактивных отходов
проводится за счет владельцев этих отхо
дов.

Ликвидации радиоактивных отходов предшествует их разделение в
месте образования. Концентрированные отходы следует собирать отдельно и
не смешивать с разбавленными. Разбавленные можно сбрасывать прямо в
сбросную систему или делать это после несложной п
редварительной
196


очистки. Твердые отходы разделяют по активности, периоду п
олураспада.
Система захоронения

радиоактивных отходов может быть централизованной
и индивидуальной. Однако небольшим предприятиям часто затруднительно
организовать самостоятельное зах
оронение отходов. Поэтому более
экономичной системой захоронения отходов является централизованная.

Спуск вод, содержащих радиоактивные вещества, в пруды, ручьи и
другие водоемы не допускается. Сброс радиоактивных сточных вод в
поглощающие ямы, скважины за
прещается.

Для захоронения радиоактивных отходов организуются специальные
пункты. Эти пункты включают бетонные инженерные сооружения для
твердых и жидких отходов, места для очистки машин и контейнеров,
котельную, помещение для дежурного персонала, дозиметр
ический пункт и
проходную. Пункт для захоронения радиоактивных отходов располагают на
расстоянии не ближе км от города, в районе, не подлежащем застройке
(желательно в лесу), с санитарно
-
защитной зоной не менее 1000 м от
населенных пунктов.

При выборе мест
а для пункта захоронения необходимо отдавать
предпочтение почве с водоупорными глинистыми породами. Могильники
должны быть подземными и закрытыми, исключающими проникновение в
них воды. Территория пункта захоронения ограждается и устанавливаются
предупреди
тельные знаки, обеспечивается постоянная охрана.

197



Тест к главе № 5

1. Что такое ионизирующее излечение?

а)

Д
исперсная система в виде твердых частиц, находящихся в газовой среде
во взвешенном состоянии, образующихся при сгорании различных веществ и
состоящ
их из продуктов конденсации и окисления их паров.

б)

Излучение, испускаемое в процессе ядерных превращений (потоки альфа
-

или бета
-
частиц, протонов, нейтронов, фотонов), при прохождении через
среду проявляют особые свойства, которые принципиально отличают
эти
излучения от традиционных и известных ранее (радиоволны, видимый свет,
ультрафиолетовое и инфракрасное излучения).

в) И
злучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и
рентгеновским излучениями
.



2. Какие основные виды ионизирующего излуче
ния существуют?

а) корпускулярное

б)

электромагнитное

в)

ультразвуковое


3. Какое излучение относится к корпускулярному виду?

а) альфа
-
излучение

б)

бета
-
излучение

в) гамма
-
излучение

г)

нейтронное излучение

д) рентгеновское излучение




198


4. Какое излучение

относится к электромагнитному виду

а) альфа
-
излучение

б) бета
-
излучение

в) гамма
-
излучение

г) нейтронное излучение

д)

рентгеновское излучение


5.Что такое полевой эквивалент дозы?

а) эквивалент дозы, который был бы создан в шаре диаметром 30 см из
тканеэ
квивалентного вещества плотностью 1 г/см
3

(шаровой фантом
человека, предложенный МКРЕ) на глубине

d

(мм) от поверхности по
диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излучения,
идентичном рассматриваемому по составу, флюенсу и энергетическому
ра
спределению, но мононаправленном и однородном.

б) эквивалент дозы в мышечной биологической ткани, определяемый на
глубине

d

(мм) под рассматриваемой точкой на теле человека.

в) эквивалент дозы в центре шара радиусом 1 г/см
2

из
тканеэквивалентного
1

вещества
, совмещенном с точкой поля ионизирующего
излучения, в которой он определяется.


6.
Что
НЕ

относится к средствам измерения ионизирующего излучения?

а) дозиметры

б) радиометры

в) спектрометры

г) люксметры


199


7.Что относится
к защитным мероприятиям при использо
вании закрытых
источников ионизирующего излучения

а) уменьшение мощности источников до минимальных величин

б) сокращение времени работы с источниками

в) увеличение расстояния от источника до работающего

г) экранирование источников излучения

д) использовани
е индивидуальных средств защиты, применяемых при работе
с такими источниками


8. Какие существуют методы регистрации ионизирующих излучений?

а)

калориметрический метод


б)

ионизационный метод


в)

термолюминесцентный метод


г)

сцинтилляционный метод


д)

по
лупроводниковый метод


е)

активационный метод


ж)

диодный метод


Контрольные вопросы к главе 5

1.

Дайте определение ионизирующему излучению
?

2.

К какому виду ионизирующих излучений относится

g

-

излучение?

3.

Чем естественная радиоактивность отличается от искусстве
нной?

4.

Что называют "радиоактивным распадом"?

5.

Перечислите основные характеристики радиоизотопов?

6.

Приведите примеры
период
а

полураспада

какого
-
либо вещества
?

7.

Чем сопровождается радиоактивный распад?

8.

Что происходит при неупругом взаимодействии заряженных част
иц с
веществом?

9.

Что определяют дозиметрические величины?

200


10.

Существует ли связь между дозиметрическими величинами?

11.

Чем внешнее облучение отличается от внутреннего?

12.

Чем обусловлен естественный радиационный фон окружающей среды?

13.

Какие существуют пути воздействи
я ионизирующих излучений на
живой организм?

14.

Какие радиационные эффекты облучения относят к
детерминированным?

15.

Являются ли генетические радиационные эффекты облучения
детерминированными?

16.

Какие дозиметрические величины приводятся в нормативных
документах РФ?



201


Глава №6. АЭРОИОНИЗАЦИЯ

Введение

Аэроионизация (ионизация воздуха) является одним из важных
факторов воздействия окружающей среды на людей, на состояние их
здоровья, как в помещении, так и при нахождении человека на открытом
возухе . Воздух является на
иболее активной компонентой взаимодействия
организма человека с окружающей средой через механизм газового обмена.
Вместе с газовым обменом происходит обмен электрическими зарядами,
которые переносятся ионами газов, заряженными молекулами или
аэрозольными ч
астицами.

Параметры ионизации воздуха характеризируют его качество, они
должны контролироваться и на рабочих местах удовлетворять требованиям
санитарно
-
гигиенических норм

[4,5]
. В соответствии с классификацией
опасных и вредных производственных факторов по
вышенная или
пониженная ионизация воздуха относят
ся к группе физических факторов
[2]
.

Несмотря на относительно низкие (по сравнению с общим числом молекул
газа) концентрации аэроионов,


аэроионный состав окружающего воздуха
является важной его физико
-
химиче
ской составляющей и существенным
электрохимическим фактором, влияющим на человека и способным
нарушить или поддержать динамическое равновесие в процессе
взаимодействия организма с окружающей средой.

202


1. Характеристики аэроионов и их параметры

Ионизация воз
духа
-

процесс превращения нейтральных атомов и
молекул газов и других компонентов воздушной среды в ионы
-

электрически заряженные частицы, несущие положительный или
отрицательный заряд.


Рис
унок 42
-

Ионизация вохдуха

Ионы в воздухе могут образовыватьс
я вследствие как естественной, так
и искусственной ионизации. Естественная ионизация происходит
повсеместно в результате постоянного воздействия различного вида
излучения (космического, ультрафиолетового, ионизирующего) и
атмосферного электричества. Искусс
твенная ионизация воздуха создается в
результате деятельности человека и является либо нежелательной, как
продукт тех или иных технологических процессов, либо целенаправленно
создаваемой, например, при помощи аэроионизаторов для компенсации
аэроионной недо
статочности или для лечебных целей. Очевидно, что для
реализации этой цели требуются соответствующие средства измерений и
контроля параметров ионизации. Физическими характеристиками ионов
являются их электрическая подвижность и заряд (положительной или
отр
ицательной полярности).

Подвижность иона
-

это отношение средней скорости его дрейфа в
направлении электрического поля к напряженности последнего.
Подвижность обычно выражается в см
2
/(с·В). По значениям подвижности
203


ионы воздуха делятся условно на два диапа
зона: легкие ионы и остальные
ионы, характеризующиеся меньшей подвижностью.

Легкие ионы
-

это ионы, у которых носителями заряда являются атомы,
молекулы и комплексы молекул (т.е. собственно аэроионы). Граница
подвижностей, отделяющая диапазон легких ионов
от остальных, по данным
разных авторов, составляет (0,5 ± 0,3) см
2
/(с·В)
[
14
,17]
.

К остальным ионам относятся: средние, тяжелые, ионы Ланжевена и
ультратяжелые (иногда в литературе они называются псевдо
-
аэроионамиª,
т.к. у них носителями заряда являются вы
сокодисперсные аэрозольные
частицы, в том числе и микроорганизмы).

С
редние, тяжелые и ионы Ланжевена имеют границы диапазонов
подвижности, соответственно: 0,5
-

0,01, 0,01
-

0,001, 0,001
-

0,0002 см
2
/(с·В),
а подвижность ультратяжелых аэроионов
-

менее 0,0
002 см
2
/(с·В).

Очевидно, что наряду с возникновением аэроионов происходит их
непрерывное исчезновение
-

деионизация воздуха. Факторами,
определяющими деионизацию, являются:



рекомбинация легких аэроионов разных полярностей;



взаимодействие их с аэрозольными
частицами и с различными
предметами (в помещении);



осаждение и рекомбинация на различных фильтрах и в системах
очистки воздуха.

В зависимости от соотношения скоростей процессов ионизации и
деионизации устанавливается определенное квазиравновесное состояние

ионизованности воздушной среды. Основной величиной, характеризующей
ионизованность воздуха, является полярная объемная плотность
электрического заряда (ПОПЭЗ), равная количеству электрического заряда
204


ионов положительной или отрицательной полярности в един
ице объема
воздуха. ПОПЭЗ в Международной системе единиц (СИ) выражается в
единицах Кл/м
3
. 1 Кл/м
3

-

это очень большая величина. На практике удобнее
использовать дольную единицу 1 пКл/м
3

= 10
-
12

Кл/м
3
. Ранее для измерений
ПОПЭЗ традиционно использовалась в
несистемная единица измерения: 1
элементарный заряд, содержащийся в 1 см
3

воздуха: 1 эл. зар./см
3

= 0,16
пКл/м
3
.

Для легких ионов ПОПЭЗ, выраженная в единицах эл. зар./см
3
, численно
совпадает с их счетной концентрацией (числом ионов в единице объема,
выраж
аемой в см
-
3
). Для других ионов это не соблюдается, так как заряд иона
может быть более 1 эл. зар.

Нормируемыми параметрами ионизованности воздуха являются:

ρ
-

концентрация легких ионов (количество в 1 см
3

воздуха) и
П
-

показатель полярности, равный отнош
ению разности концентраций
положительных ρ
+

и отрицательных ρ
-

легких ионов к их сумме. Показатель
полярности может изменяться от минус 1 до плюс 1. При равенстве
количества положительных и отрицательных ионов показатель полярности
равен нулю. Часто удобне
е вместо показателя полярности применять
коэффициент униполярности
-

У
, равный отношению концентрации
положительных аэроионов к концентрации аэроионов противоположной
полярности
[5]
.

205


2. Воздействие аэроионов на человека

Влияние аэроионов на человека многос
торонне, оно зависит от
полярности аэроионов, например, при недостаточной и избыточной
концентрациях аэроионов оно может быть неблагоприятным, а при
оптимальных концентрациях ионов отрицательной полярности
-

стимулирующим. Зонами, воспринимающими аэроионы
в организме,
являются органы дыхания и кожа.

Основными механизмами ответных реакций организма на воздействие
аэроионов являются

нервно
-
рефлекторный, электрогуморальный,
адаптационный

и

катализирующий.

Все эти механизмы запускаются воздействием зарядов и
пе
рераспределением электронов между атомами, молекулами и клетками
организма с поглощением или выделением энергии связи, с образованием
новых молекулярных соединений, при этом регулятором протекающих в
организме процессов являются нервная и иммунная системы
и мозг.

Нервно
-
рефлекторный

механизм проявляется в воздействии аэроионов
на нервные центры, изменении их функционального состояния и далее через
них
-

воздействии на весь организм. Первичным звеном воздействия
аэроионов через органы дыхания является мембра
на рецепторов
рефлексогенной зоны верхних дыхательных путей.

Электрогуморальный

механизм, т.е. обмен электрическими зарядами
под влиянием аэроионов через органы дыхания, происходит в следующей
последовательности:

аэроионы воздуха
-

альвеолы легких
-

венозн
ая кровь
-

артериальная кровь
-

ткани
-

венозная кровь

-

ионы выдыхаемого
воздуха,

т.е. этот обмен идет в двух направлениях. При вдыхании происходит
легочный электрообмен
-

перенос заряда через альвеолы легких от
вдыхаемого воздуха к венозной крови и тканев
ый обмен через стенки
206


капилляров между артериальной кровью и клетками органов, в том числе
мозга
[15]
.

Электрообмен, обусловленный воздействием аэроионов, изменяет заряд
коллоидов клеток, например, взвешенных в крови эритроцитов, коллоидов
мышечной ткани, н
ейронов центральной нервной системы, и изменяет
потенциал коллоидной субстанции мозговых клеток. Это препятствует
столкновению коллоидных частиц и их агрегации, обеспечивая стабильное
состояние клеток и препятствуя их коагуляции с переходом из золя в гель.

При старении происходит снижение заряда клеточных и кровяных
коллоидов, увеличивается коагуляция, образуется более грубодисперсная
малоионизированная белковая фракция, снижается обмен веществ, и, в итоге,
коллоидная суспензия может превратиться в гель, чт
о приводит к летальному
исходу.

Положительные аэроионы увеличивают содержание серотонина в
слизистой оболочке дыхательных путей, крови и тканях за счет его выхода из
тканевых депо. Отрицательные аэроионы снижают содержания серотонина в
тканях, ускоряя его
ферментативное расщепление. Широкий спектр действия
серотонина, как биологически активного вещества, приводит к
многостороннему воздействию ионизированного воздуха на организм
[
10
,18]
.

В мозговой ткани, в отличие от других тканей, содержание серотонина
умен
ьшается при действии как положительных, так и отрицательных ионов в
диапазоне концентраций 2·10
3

-

510
5

см
-
3
[10]
.

Этот эффект может быть
одной из причин изменения в поведении и настроении людей при резком
изменении ионизации воздуха.

Механизм действия аэр
оионов на организм человека связан с
изменением метаболизма серотонина в мозгу
[19]
. Имеются данные о связи
между электрической активностью обонятельных луковиц и переднего
отдела гипоталамуса, что указывает на возможность влияния аэроионизации
207


на вегетатив
ные процессы в организме через ольфакторно
-
гипоталамические
пути
[16]
.

Подкрепление отрицательными аэроионами в умеренных дозах
естественного отрицательного заряда биоколлоидов действует благоприятно
на организм, катализируя в нем протекание всех электрохим
ических,
биохимических и других реакций. Отрицательные аэроионы, как
биокатализаторы, активизируют биохимические процессы и окислительно
-
восстановительные реакции. Причем, для активизации этих процессов не
нужно ионизировать все реагирующие молекулы, а нуж
но лишь запустить
эти процессы
[15]
.

Кроме того, аэроионизация, как один из элементов эволюционного
экологического развития человека, влияет на защитно
-
приспособительные
реакции (адаптационный механизм) организма.

При оптимальных концентрациях ионов воздух
является адекватным
раздражителем и способствует оптимизации проявления адаптационных
реакций жизненно важных систем организма и достижению состояния
повышенной его устойчивости, например, способствует корреляции
пространственной синхронизации корковых био
потенциалов, что приводит к
ускорению образования условных рефлексов
[12]
.

Причиной формирования защитно
-
приспособительных реакций
организма в условиях оптимальной аэроионизации является синхронизация
биопотенциалов больших полушарий и корково
-
подкорковых
в
заимоотношений под действием аэроионов.

В противном случае, например, у людей, длительно работающих в
условиях аэроионной недостаточности, постепенно развиваются нарушения
функционирования дыхательной, сердечно
-
сосудистой и нервной систем,
которые могут пр
ивести к срыву адаптации.

208


В результате совместного действия указанных механизмов влияние
аэроионов на организм сказывается на ряде

вегетативных

(газовый,
минеральный, водный обмен, регенерация тканей, функционирование
эндокринных желез, ритм дыхания и серд
ечных биений, состав крови и др.)
и

анимальных

(возбудимость нервной системы и мышечной ткани) функций
отдельных органов и на жизнедеятельности всего организма (рост, моторика,
половая функция). Причем длительное воздействие положительных и
отрицательных а
эроионов при высоких и низких дозах (концентрациях)
приводит к неблагоприятным последствиям, а при оптимальных
концентрациях
-

к стимулирующим эффектам.

3. Нормирование параметров аэроионов

В настоящее время нормированы параметры только легких ионов.
Подхо
д, применяемый к нормированию оптимальных концентраций легких
ионов, основан на том, что для нормального функционирования организма
необходимо обеспечить нужное количество заряда, которое человек получает
при вдыхании за сутки в естественных условиях.

Проф
илактической и гигиенической считается концентрация легких
ионов от 10
3

до 10
4

в см
3
, соответствующая их содержанию в чистом воздухе.
Аэроионизацию с такой концентрацией можно осуществлять круглосуточно
во всех обитаемых помещениях. В естественных условиях

в 1 см
3

содержится
около 10
3

легких ионов, и для взрослого человека за сутки при вдыхании
достигают альвеол примерно 8·10
9

ионов. Это значение, принятое за
биологическую единицу аэроионизации (
БЕ
)
,

обеспечивает оптимальный
электрообмен организма человека
с воздушной средой. Для здоровых людей
суточная доза должна соответствовать 2
-

3

БЕ
[15]
.

Для профилактики и лечения ряда заболеваний применяется
аэроионотерапия
-

дозированное воздействие на пациента аэроионов воздуха
повышенной концентрации, как искусств
енной, так и естественной. Доза
209


обычно составляет 20

БЕ

за

сеанс (при длительности сеанса 20 мин и
концентрации легких ионов от 5·10
5

до 10
6

см
-
3
).

При выдохе каждый человек выделяет псевдоаэроионыª, за сутки их
количество составляет = 3·10
12
. Скапливаясь

в закрытых помещениях, они
отрицательно воздействуют на физиологические функции организма,
ухудшают самочувствие и работоспособность. При компенсации аэроионной
недостаточности для нейтрализации псевдоаэроионовª величина
отрицательной аэроионизации должн
а быть значительной.

Постоянное нахождение человека в условиях низких и высоких уровней
ионизованности воздуха приводит к неблагоприятным и патологическим
последствиям.

С 15 июня 2003 г. введены в действие гигиенические
требования

СанПиН 2.2.4.1294
-
03

[5]

,в которых нормируемыми
показателями аэроионного состава воздуха производственных и
общест
венных помещений являются:

концентрации легких ионов (минимально допустимая и максимально
допустимая) обеих полярностей, ρ
+

и ρ
-
,

коэффициент униполярности

У

(минимально допустимый и
максимально допустимый).

Нормируемые значения концентраций аэроионов в

СанПиН 2.2.4.1294
-
03

остались без изменений, а коэффициент униполярности, используемый
вмест
о показателя полярности, ограничен интервалом значений от 0,4 до 1,0.

Значения нормируемых показателей (концентрации аэроионов и
коэффициента униполярности) приведены в табл.1.

210


Условия труда при значениях концентраций аэроионов, лежащих вне
допустимых пред
елов, приведенных в Приложении 1

СанПиН 2.2.4.1294
-
03

[
5
, относятся к вредным (класс 3):



первой степени (3.1)
-

если концентрации равны или выше 200 см
-
3
,
или менее 100000 см
-
3
, а коэффициент униполярности находится в интервале
от 1,0 до 2,0;



второй степени
(3.2)
-

если концентрация меньше 200 см
-
3

или более
100000 см
-
3
, а коэффициент униполярности


2,0.

При этом в зонах дыхания пользователей видеотерминалов при
соблюдении гигиенических требований к отрицательным аэроионам
отсутствие аэроионов положительной
полярности допускается и не является
вредным условием труда
[5]
.

Таблица 16

Показатели ионизованности воздуха на рабочем месте
.

Нормируемые показатели

Концентрация аэроионов ρ,
(ион/см
3
)

Коэффициент
униполярности

Положительной
полярности

Отрицательной
пол
ярности

Минимально допустимые

ρ
+


400

ρ
-

� 600

0,4


У


1,0

Максимально допустимые

ρ
+

50000

ρ
-


50000


Эти требования распространяются на производственные и
общественные помещения, оснащенные принудительной приточно
-
вытяжной
вентиляцией, кондицио
нерами, фильтрами и другими системами очистки
воздуха, видеодисплейными терминалами, персональными компьютерами,
ионизаторами, множительной и копировальной техникой, приборами и
электрофизическими установками, имеющими источники ультрафиолетового
и ионизир
ующего излучения, а также на гермозамкнутые объекты и
211


помещения с покрытиями, например, на основе многих полимерных
материалов, способными накапливать электростатический заряд.

Контроль аэроионного состава воздуха должен осуществляться при
вводе в эксплуат
ацию рабочих мест в перечисленных выше помещениях, в
порядке планового контроля (не реже одного раза в год), при аттестации
рабочих мест и при вводе в эксплуатацию аэроионизирующего
оборудования.

Д
ля условий совместного воздействия аэроионов и сильных
элек
тростатических полей (ЭСП) оценка влияния на человека ведется по
плотности ионного тока и напряженности. Так, для рабочего персонала, а
также населения, находящегося в сильных ЭСП, например, на садово
-
огородных участках вблизи высоковольтных линий, предель
но допустимые
уровни плотности ионного тока и ЭСП для полного рабочего дня (8 ч)
составляют 20 нА/м
2

и 15 кВ/м, для пятичасового воздействия
-

25 нА/м
2

и 20
кВ/м. При напряженности ЭСП = 20 кВ/м расчет допустимого времени
работы

t
доп

(в ч) определяется по
формуле

,

где

E

и

j

-

фактические значения напряженности ЭСП (кВ/м) и
плотности ионного тока (нА/м
2
).

Допустимое время пребывания в сильных ЭСП при осадках и измороси
определяется по этой же формуле при значении плотности ионного
тока

j,

увеличенном в 10
раз
[7]
.

4. Нормализация (коррекция) аэроионного состава воздуха

Если условия пребывания людей в производственных и общественных
помещениях не соответствуют гигиеническим требованиям к аэроионному
212


составу воздуха, то должна проводиться его нормализация (кор
рекция). Это
желательно осуществлять и для жилых помещений
.

Для нормализации (коррекции) аэроионного состава воздуха
необходимо использовать, наряду с систематическим проветриванием,
следующие способы и средства:



перемещение из зоны с неблагоприятным уровн
ем ионизации,
сокращение времени работы или пребывания в этих условиях;



аэроионизаторы индивидуального и коллективного пользования;



устройства (системы) автоматического регулирования аэроионного
состава воздуха;



деионизаторы (при высоких уровнях ионизации
воздуха).

При этом другие показатели воздушной среды с искусственной
аэроионизацией должны удовлетворять требованиям действующих
санитарно
-
гигиенических норм и правил, указаний Минздрава РФ, Минстроя
РФ и технических условий на проектирование предприятий,
согласованных и
утвержденных в установленном порядке.

Компенсацию аэроионной недостаточности нельзя проводить в
помещениях, в которых применяются вредные химические вещества или в
сильно запыленных помещениях. Перед использованием средств
аэроионизации нео
бходимо провести контроль воздуха на предмет
определения концентрации химических веществ и аэрозолей.

Для нормализации ионного режима воздуха могут применяться
электрические, радионуклидные или гидроаэроионизаторы, которые при
эксплуатации должны удовлетво
рять требованиям методических указаний
Минздрава России
[9]
:



создавать оптимальные концентрации легких ионов, что следует
проверять путем проведения контрольных измерений;



не загрязнять воздух аэрозолями, а также озоном, окислами азота и
другими вредными ве
ществами;

2
13




не выходить за пределы допустимых уровней параметров
микроклимата (температуры, влажности, линейной скорости воздуха),
электромагнитных излучений, электростатических полей, шумов и вибраций.

Аэроионизаторы, которые при эксплуатации издают запахи,

нельзя
применять, особенно в бытовых условиях, где не проводится контроль
остальных параметров окружающей среды.

В методических указаниях даны общие правила проведения
гигиенической оценки, эксплуатации и допуска к эксплуатации
аэроионизирующего оборудова
ния: аэроионизаторов, галогенераторов,
галокамер, спелеологических камер, карстовых пещер, деионизаторов,
электростатических фильтров. Санитарно
-
эпидемиологическая оценка
аэроионизирующего оборудования включает в себя контроль его
гигиенических показателей
, подлежащих обязательной проверке и
приведенных в для каждого из видов этого оборудования.

В целях организации контроля качества аэроионизирующего
оборудования в соответствии с требованиями этих методических указаний
установлен порядок допуска его к испол
ьзованию, включая прохождение
экспертной оценки этого оборудования одним из профильных по данному
направлению учреждений.



5. Лечебный эффект ионизированного воздуха


Основное применение ионизаторов
-

создание в помещениях
оптимальной концентрации отрицат
ельно заряженных аэроионов, которые
необходимы для нормальной жизнедеятельности. Лишенный аэроионов
воздух
-

"мертвый", ухудшает здоровье и ведет к заболеваниям. Это
подтверждается многочисленными опытами А. Л. Чижевского и других
ученых. Животных помещали

в герметические камеры, куда подавали
214


свежий, но профильтрованный ватой воздух. После фильтрации воздух
становится чище, из него удаляются микроорганизмы, но воздух теряет все
свои электрические заряды, дезионизируется. Уже с 5
-
10
-
го дня пребывания
животн
ых в таком воздухе, у них снижается аппетит, они становятся вялыми.
Постепенно болезненные явления нарастают, животные лежат без движения,
не едят и, наконец, погибают. Изменения в органах и тканях, характерны для
кислородного голодания. Контрольные животн
ые продолжали
благоденствовать и прибавлять в весе. То, что аэроионы являются
необходимыми для жизни фактором, А. Л. Чижевский доказал в тех же
опытах, только воздух, после фильтрации, ионизировался. При этом
животные не только не обнаруживали каких
-
либо п
ризнаков заболевания, но
по сравнению с контрольными, быстрее росли, увеличивали в весе и
прекрасно себя чувствовали.

Всякий дом, всякое закрытое помещение можно рассматривать как
камеру с профильтрованным воздухом, в котором отсутствуют в
необходимом коли
честве отрицательные аэроионы кислорода. Проводя
большую часть жизни в закрытых помещениях, человек тем самым лишает
себя аэроионов наружного воздуха.

Любая болезнь начинается с нарушения обмена веществ в клетках
организма, проявлением чего является уменьш
ение их отрицательного
заряда, и это меняет коллоидное состояние клеток, выделению в кровоток их
содержимого и внутрисосудистому свертыванию крови. Отрицательный
заряд клеток можно восстановить медикаментозными средствами (гепарин) и
путем вдыхания воздуха
, с избытком отрицательных аэроионов кислорода.
Эти аэроионы, поступая в легкие, проникают в кровь и разносятся по всему
организму, восстанавливая отрицательный заряд клеток, стимулируя обмен
веществ и оказывая антитромботическое действие.


215


6. Показания к

применению ионизированного воздуха



1. Бронхиальная астма. Лечебный эффект легче достигается у больных,
заболевших бронхиальной астмой вследствие сенсибилизации тем или иным
аллергеном. Меньшая эффективность лечения аэроионами наблюдается у
больных с нал
ичием по ходу дыхательных путей токсикоинфекционных
очагов, поддерживающих состояние сенсибилизации. Применяется чаще
отрицательная аэроионизация. Обычно положительный эффект проявляется
уже в течение первой процедуры, реже после 1
-
2
-
й процедуры. Отсутстви
е
эффекта от применения отрицательной аэроионизации дает основание
применить положительную аэроионизацию, действие которой также
проявляется при первых же процедурах. Устойчивое состояние улучшения
обычно достигается к 12
-
15
-
й процедуре.

2. Острые и хронич
еские катары верхних и нижних дыхательных путей.
(вазомоторные насморки, фарингиты, ларингиты, острые и хронические
бронхиты).

3. Гипертоническая болезнь (начальная стадия) при отсутствии у больных
резко выраженных органических изменений сердечно
-
сосудисто
й системы и
стойких изменений в центральной нервной системе. Применяется
аэроионизация с преобладанием отрицательных ионов (при гидроионизации)
или униполярная отрицательная аэроионизация.

4. Озена. Аэроионотерапия отрицательными ионами дает несомненное, н
о
лишь временное улучшение состояния больного. Наилучший результат этот
метод лечения дает в начальной стадии этого заболевания и при
атрофических ринитах.

5. Ожоги и раны. Ускорение заживления достигается применением
отрицательной аэроионизации на область

поражения и ингаляцией. Обе
216


процедуры следует проводить в один и тот же день последовательно, не
превышая величины средней лечебной дозы аэроионов.

6. При неврозах (гиперстеническая форма) применяется отрицательная
аэроионизация или гидроионизация с преоб
ладанием отрицательных ионов.

7.

При коклюше у детей имеются наблюдения положительного
действия гидроионов, ведущего к снижению приступов, повышению общего
состояния и к уменьшению опасности осложнений со стороны органов
дыхания.

Более устойчивые и длительные

лечебные результаты аэроионотерапия
дает в комбинации с другими методами лечения
-

с медикаментозной
терапией (гипертоническая болезнь, бронхиальная астма), с УВЧ
-
терапией
(вазомоторные риниты), с внутримышечной инъекцией крови, облученной
ультрафиолетовы
ми или ионизирующими лучами (озена). Клинические
наблюдения показали, что люстра Чижевского излечивает многие
заболевания.


В качестве генератора аэроионов А.Л.Чижевским еще в 1931 г. была
предложена конструкция электроэффлювиальной люстры. Принципиальная
схема его сравнительно проста. Рабочим органом служит
электроэффлювиальная (от греч. эффлювийª


истекаю) люстра,
соединенная с высоковольтным источником отрицательной полярности.
Люстра представляет собой легкий металлический обод, на котором натянута
по

двум перпендикулярным осям проволока. Она образует часть сферы


сетку, выступающую вниз. В узлах сетки припаиваются иглы (длиной до 50
мм и толщиной до 1 мм). Степень их заточенности должна быть
максимальной, так как истечение тока с острия увеличивается
, а возможность
образования озона уменьшается. Для эффективной генерации аэроионов
подаваемое напряжение отрицательной полярности должно быть не ниже 25
кВ. Для обеспечения безопасности ток на люстре должен быть ниже 0,03 А
(на выходе перед люстрой ставитс
я ограничивающее сопротивление
1ГигоОм).

217



Рисунок 43
-

Люстра Чижевского


Массовое применение ионизаторов было проведено А.Л. Чижевским
совместно с врачами Карагандинской областной клинической больницы в
1950
-
1957 годах. Полученные результаты приведены в
таблице

2:


Таблица 17


Результаты применения ионизаторов
.

Название болезни

Результаты лечения в %


Полное
выздоровление

Значительно
е улучшение

Неопределенный
результат

Ухудшение

Стенокардия

35

59

6

0

Гипертоническая
болезнь

83

15

2

0

Гипотоническая
бо
лезнь

68

23

9

0

Радикулит
пояснично
-

крестцовый

36

44

20

0

Бронхиальная
астма

69

24

7

0

Хронический
бронхит

42

45

13

0

Бронхоэктатическ
ая болезнь

67

33

0

0

Начальные стадии
туберкулеза легких

94

6

0

0

Мигрень

70

25

5

0

Бессонница

66

20

14

0

Крапивн
ица

82

18

0

0

Раны

85

15

0

0

Ожога

90

10

0

0

Грипп

65

25

10

0


Чижевский использовал для определения доз аэроионизации
биологическую единицу (БЕ)
-

количество аэроионов, вдыхаемое человеком
218


в естественных условиях за сутки. При концентрации аэроионов 1
.. 10
тыс./куб.см человек получает 1БЕ за сутки. Такая доза считается
профилактической, общеоздоровительной. Лечебная доза по Чижевскому
составляет 20БЕ. На графике показано время для получения
профилактической и лечебной дозы для различной концентрации
от
рицательных

аэроионов.



Рисунок 44
-

Время для получения профилактической и
общеоздоровительной дозы

Не оказывают вредного воздействия и более высокие дозы. В воздухе
некоторых курортов концентрация аэроионов достигает 100 тыс./куб.см, т.е.
за сутки чел
овек получает 100 БЕ
-

в 5 раз больше лечебной дозы, однако
такая доза тоже оказывает благоприятное влияние на человека.

Средний курс лечения заболеваний 10
-
30 сеансов (дней). При
необходимости курс можно повторить через месяц.


219


7
. Использование аэроиониз
аторов для очистки воздуха

Ми
ллионы лет человек развивался и жил на открытом воздухе. Только
несколько тысячелетий люди строят жилища, и только два
-
три поколения
используют для этого искусственные, созданные не природой материалы.
Организм человека не прис
пособлен к ним, такие материалы, вещества, газы
воспринимаются как чужеродные, вызывают болезни и разрушения
организма, оказываются токсичными. Городской житель проводит в
помещении почти 90% своего времени. В квартирах воздух в 4
-
6 раз грязнее
наружного и

в 8
-
10 раз токсичнее. Почти все предметы, включая сами
постройки, выделяют вредные соединения: облицовочные плиты,
штукатурка, свинцовые белила, линолеум, пластики, синтетические ковры,
поролоновая обивка диванов и кресел, мебель из древесностружечных пли
т,
стиральные порошки и т. д.

Ионизатор уменьшает токсичность воздуха и очищает его от пыли,
микробов. Взвешенные частицы загрязнений и пыли электризуются и
оседают на потолок, стены, пол. Воздух очищается, однако нужно чаще
делать уборку помещения вблизи
ионизатора. Самая мелкая пыль, в том
числе радиоактивная, практически не выводится из легких, постепенно
накапливаясь, разрушает организм. Такая пыль не задерживается фильтрами
пылесосов и кондиционеров. Содержание в воздухе такой мелкодисперсной
пыли иони
затор уменьшает в 10
-
25 раз, обычной пыли
-

в 4
-
10 раз, микробов
-

в 3
-
4 раза. Также из помещения быстрее удаляется запах табачного дыма.

220



Рисунок 4
5



Ионизация воздуха

Нейтрализация заряда экранов телевизоров и компьютеров

В процессе работы экраны телев
изоров и дисплеев компьютеров
заряжаются положительно, вблизи образуется большое количество
положительно заряженных аэроионов, вредное влияние которых на человека
доказал А. Л. Чижевский. Ионизатор нейтрализует положительные аэроионы,
устраняя вредное возд
ействия этого фактора на человека.

Применение в растениеводстве, птицеводстве и животноводстве. В
растениеводстве ионизация семян улучшает их всхожесть. Улучшается рост,
урожайность растений. Корма, подвергнутые аэроионофикации, лучше
поедаются животными и

птицами, которые при этом быстрее прибавляют в
весе, не болеют авитаминозами и отличаются стойкостью против
инфекционных заболеваний. В птицеводстве и животноводстве
аэроионофикация позволяет получить дополнительный привес 10
-
15%,
уменьшить заболеваемость

и падеж. Под влиянием ионизаторов, возрастает
продуктивность животных и птиц.

А. Л. Чижевский дает такие рекомендации по применению
аэроионизаторов: для обеспыливания цехов заводов при большой
концентрации пыли и взвешенных частиц, для борьбы с пневмокони
озами и
силикозом; для обеспыливания герметических заводов, при изготовлении
221


полупроводников, вакуумных приборов, медицинских и пищевых
препаратов; для борьбы с загрязнением воздуха путем аэроионофикации
заводских труб; для очищения воздуха от радиоактивно
й пыли на атомных
станциях, атомных силовых установках, в научных учреждениях; для борьбы
с длительным аэроионным голоданием в космических кораблях, высотных
самолетах, подводных лодках, барокамерах и в кюветах с недоношенными
детьми; для лечебных учрежден
ий: в операционных, в инфекционных
отделениях, в перевязочных; в больницах, клиниках, амбулаториях,
медпунктах для лечения заболеваний; в быту и в помещениях с большим
скоплением народа.

Массовое применение методов профессора Чижевского имеет место в
Япони
и, Германии, Дании, Норвегии, Италии, Франции, и в других странах.


8
. Приборы и методы измерения характеристик аэроионов

Основным методом измерения ПОПЭЗ аэроионов является
аспирационный метод
[13]
. На этом методе основана работа практически всех
аэроионом
етрических приборов
-

счетчиков, спектрометров, анализаторов
аэроионов и измерителей электропроводности воздуха.

Парк приборов, используемых для измерения концентрации аэроионов,
представлен двумя группами приборов:



универсальные счетчики аэроионов, позвол
яющие проводить
измерения ПОПЭЗ в широком диапазоне электрических подвижностей ионов
и электропроводности воздуха и представляющие собой сложные
лабораторные приборы в стационарном исполнении, например,

UT
-
7003,

UT
-
8401, АСИ
-
1;



переносные или портативные с
четчики легких ионов, например,
АСИ
-
2, АИ
-
1, Сапфир
-
3K, МАС
-
01.

222


Следует отметить имеющиеся тенденции в развитии
аэроионометрической аппаратуры, частично реализованные, например, в
малогабаритном счетчике легких ионов МАС
-
01:



уменьшение габаритов, массы, по
требляемой мощности, применение
автономного питания (от аккумуляторных батарей) с целью обеспечения
удобства работы со счетчиками ионов при проведении контроля в различных
помещениях;



применение встроенных в счетчики микропроцессоров, обеспечение
возможнос
ти подсоединения счетчиков к персональным компьютерам с
целью накопления и обработки данных в ходе проведения измерений и
обеспечения многофункциональности, селективности измерений подгрупп
ионов и экспрессности измерений.

Плотность ионного потока в соотве
тствии с СН 6232
-
91
[7]

определяется путем измерения тока через металлическую пластину
площадью 1 м
2
, снабженную охранным кольцом. Допускается использование
пластины площадью 0,25 м
2

с последующим перерасчетом. Измерение тока
стекания производится при помощ
и наноамперметра постоянного тока с
чувствительностью не менее 10
-
10

А, включенного между заземляющим
выводом пластины и землей через экранированный кабель. Вблизи
высоковольтных линий плотность ионного тока на рабочем месте измеряется
в сухую погоду (без
осадков) при скорости ветра менее 2 м/с и при
относительной влажности не менее 60 %.

В табл.

приведены основные технические и метрологические
характеристики счетчиков аэроионов типа Сапфир
-
3K

и МАС
-
01,
прошедших испытания с целью утверждения типа, допущенн
ых к
применению в России и используемых для контроля аэроионного состава
воздуха помещений, и лабораторного прибора
-

универсального счетчика
аэроионов

UT
-
8401, используемого обычно для исследовательских целей и
для испытания аэроионизирующего оборудования
.



223


Таблица 18


Основные характеристики счетчиков аэроионов
.

Характеристика счетчика

Счетчики аэроионов

Сапфир
-


МАС
-
01

UT
-
8401

Номер по Госреестру

18295
-
99

20429
-
00

-

Диапазон измерений
концентрации легких
аэроионов,

см
3

210
2
...210
5

10
2
...10
6

50...
10
6

Динамический диапазон,
см
-
3

10...210
5

10...10
6

1...210
7

Индикация ª и 
-
ª ионов

Одновременная

Поочередная

Поочередная

Выбор поддиапазона
измерений

Автоматический

Автоматический

Ручной

Форма отсчета показаний

Цифровая

Цифровая

Аналоговая

Циклич
ность показаний, с

4

1

Непрерывные
показания

Собственный фон, не
более, см
-
3

30

50

10

Питание прибора
напряжение, В

Сеть 220 ± 22

Автономное,
Аккумуляторные
батареи (6 шт.) по
1,25 В

Сеть 220 ± 22

частота, Гц

50 1

50 1

Длительность непрерывной
рабо
ты, не менее, ч

8

6

8

Потребляемая мощность,
не более, Вт

25

0,95

50

Масса, не более, кг

4,5

0,9

12

Габариты, мм
3

240.330.120

190.105.65

250.335.525

Гарантийный срок, год,

при эксплуатации

1

1,5

-

при хранении

2

3

-

Разработчик, изготовитель
и ремонт

ЦНИОКР КГТУ,
г. Казань

ООО

НТМ
-
Защитаª, г. Москва

ТГУ, Эстония, г.
Тарту

Выполнение поверочных
работ

ФГУП
ВНИИФТРИª

ФГУП
ВНИИФТРИª

ФГУП ВНИИФТРИª


В настоящее время Минздравом России утвер
ждены методические
рекомендации
[8]
, устанавливающие правила п
роведения контроля
аэроионного состава воздуха на рабочих местах, контроля работы
аэроионизаторов и методику выполнения измерений концентрации легких
ионов. В них отражены общие требования и последовательность процедур
(операций), которые необходимо соблюд
ать при проведении
измерений
[8,11]
. В общем случае контроль ионизованности проверяемого
224


помещения проводят непосредственно в зоне дыхания человека в месте его
нахождения, а для производственных помещений
-

при работающем
персонале и функционирующем оборудо
вании, в условиях нормального
производственного процесса.

9. Метрологическое обеспечение измерений параметров аэроионов

Для поверки счетчиков аэроионов служит поверочная установка
средств измерений ПОПЭЗ аэроионов в диапазоне от 8 до 3,2·105

пКл/м3,
изгото
вленная ФГУП ВНИИФТРИª и утвержденная в качестве рабочего
эталона для испытаний и поверки счетчиков легких ионов и испытаний
аэроионизаторов по параметру уровень ионизации воздухаª.

Погрешность поверки средств измерений концентрации легких ионов в
диапаз
оне от 7·10
2

до 2·10
5

см
-
3

не превышает 15 %, а в диапазоне от 10
2

до
1,510
6

см
-
3

не превышает 20 %.

Поверка счетчиков проводится по единой методике в соответствии с
рекомендацией по методике поверки аспирационных счетчиков легких
ионов
[3]
.

Процедура пове
рки заключается в следующем. При опробовании (и
тестировании), определении объемного расхода воздуха и уровня
собственного фона убеждаются, что контролируемые величины не выходят
за пределы, указанные в нормативной документации (НД) на поверяемый
счетчик.

Основная погрешность определяется методом прямого измерения
поверяемым счетчиком следующих значений концентрации легких ионов,
задаваемых генератором рабочего эталона: (1,5 ± 0,5)·10
m

и (9 ± 1)·10
m

см
-
3
,
где

m

=

2, 3, 4, 5 (отдельно положительных и отрицат
ельных).

Суммарная основная погрешность для каждой поверяемой точки не
должна превышать пределов, установленных в НД поверяемого счетчика.
225


Эта погрешность складывается из относительного отклонения результата
измерения поверяемым счетчиком от действительног
о значения
концентрации, установленной на рабочем эталоне, и относительной
доверительной случайной погрешности результата измерения на эталоне при
доверительной вероятности, равной 0,95, и числе отсчетов, равном 8.


Рисунок 46
-

Ионизатор


Заключение

к гл
аве №6

Проблема решительной борьбы с систематическим аэроионным
голоданием человека, с болезнетворным действием воздуха внутри
помещений, в которых человек вынужден пребывать большую часть жизни,
и особенно внутри больниц (ибо именно больные в наивысшей ст
епени
тяжело реагируют на отсутствие в воздухе необходимого числа кислородных
аэроионов отрицательной полярности), должна привлечь самое пристальное
внимание врачей, строителей и сантехников, на обязанности которых лежит
разработка наилучших условий для бы
та и труда человека. Решение
проблемы аэроионного комфорта должно способствовать физическому
оздоровлению трудящихся и повышению производительности труда.
Ученые
и строители, с помощью ионизатора, должны решить техническую проблему
искусственного воспроизв
едения внутри обитаемых помещений
физиологически благотворного электрического режима воздуха, который
нейтрализовал бы все выдохнутые из легких электрические заряды и создал
бы необходимое оптимальное число отрицательных аэроионов.


Ионизаторы воздуха

для получения аэроионов не дороги, занимают
мало места, не требуют особого ухода и работают от осветительной сети.
Расход электроэнергии для аэроионификации исключительно мал. Все это
226


делает возможным самое
широкое применение метода аэроионификации
всюду, где имеется электроосветительная сеть.

227


Контрольные вопросы к главе №6

1.

Что такое аэроионизирующее излучение?

2.

Чем искусственная ионизация отличается от естественной?

3.

Что такое подвижность иона?

4.

Чем характер
изуются легкие ионы?

5.

Дайте определние деионизации воздуха?

6.

Какие существуют нормируемые параметры ионизованности воздуха?

7.

Для чего применяют Люстры Чижевскогоª?

8.

Какие основные механизмы ответных реакций организма возникают на
воздействие аэроионов?

9.

Для че
го применяют аэроинотерапию? И в чем ее суть?

10.

Что является основным методом измерения ПОПЭЗ аэроионов?

Тест к главе №6

1.

Аэроионизация


это ?

а) излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и
рентгеновским излучением

б) дисперсная система в ви
де твердых частиц, находящихся в газовой
среде во взвешенном состоянии, образующихся при сгорании различных
веществ и состоящих из продуктов конденсации и окисления их паров.

в) процесс превращения нейтральных атомов и молекул газов и других
компонентов во
здушной среды в ионы
-

электрически заряженные
частицы, несущие положительный или отрицательный заряд

2.

В чем выражается подвижность иона?

а) Кл/м3

б) эл. зар./см3

в) см
2
/(с·В)

228


3.

На какие диапазоны условно делятся ионы по значениям подвижности?

а) легкие и усл
овные

б) легкие и средние

в) условные и тяжелые

4.

Что такое подвижность иона?

а) отношение средней скорости его дрейфа в направлении электрического
поля к напряженности последнего

б) взаимодействие ионов, у которых носителями заряда являются атомы,
мол
еку
лы и комплексы молекул.

5. Чему равняется граница подвижности легких ионов?

а) (4± 3) см
2
/(с·В)

б) (0,5 ± 0,3) см
2
/(с·В)

в) (0,001
-

0,0002)см
2
/(с·В)

6. К какому механизму ответных реакций относится механизм,
проявляющийся в воздействии аэроионов на нерв
ные центры, изменении
их функционального состояния и далее через них
-

воздействии на весь
организм. Первичным звеном воздействия аэроионов через органы
дыхания является мембрана рецепторов рефлексогенной зоны верхних
дыхательных путей?

а) адаптационный

б)

катализирующий

в) электрогуморальный

г) нервно
-
рефлекторный

7. Чему равна биологическая единица аэроионизации (БЕ) ?

а) от 10
3

до 10
4

в см3

б) 8·10
9
в см
3

в) 10
6

см
-
3

229


Список литературы

Список литературы к главе №1

1. Безопасность жизнедеятельности / С.В.
Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф.
Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова.


М.: Высшая школа, 1999.


448
с.

2. Охрана окружающей среды: Учебн. для техн. спец. вузов / С.В.Белов,
Ф.А.Барбинов, А.Ф.Козьяков и др.; Под ред. С.В.Белова.


М.: Высшая
школа, 1991.



319 с.

3. ГОСТ 17187
-
81 Шумомеры общие технические требования

и методы
испытанийª.

4. ГОСТ 17168
-
82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие
технические требования и методы испытанийª.

5. ГОСТ 27436
-
87 Внешний шум автотранспортных средств.

Допустимые
уровни и методы измеренийª.

6. ГОСТ 12.1.012
-
90 Вибрационная безопасность. Общие требованияª.

7. ГОСТ 12.1.024
-
81 Шум. Определение шумовых характеристик
источников шума в заглушенной камереª.

8. СН 2.2.4/2.1.8.562
-
96 Шум на рабочих местах, в

помещениях жилых,
общественных зданий и на территории жилой застройкиª.


Список литературы к главе №2

1.

Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов.
-

СПб: Химиздат, 2001

2.

Дятчин Н.И. История развития техники: Учебное пособие / Н.И. Дятчин.
-

Ростов н/Д.: Фе
никс, 2001
г
.

3.

Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередачаª.
М.:энергоиздат,1981
г
.

4.

Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды.
-

М.: Высш. шк., 1987

5.

Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда.
-

Л.: Энергоиздат,
1981
г.

6.

Вавилов В.П. Тепловые мет
оды неразрушающего контроля: Справочник
.
М.: Машиностроение, 1991г
.

7.

Федоров С.А. Экология энергетики. / С.А. Федоров.


Дубна: Междунар.
ун
-
т. природы, общества и человека, 2003
г.

230


8.

С.П. Кривилева, О.А. Лопухина
, Учебно
-
методическое пособие по курсу
Основы
экологииª


Список литературы к главе №3

1.Н.Крутиков, Ю.И.Берегадзе, А.Б.Круглов. Контроль физических факторов
окружающей среды, опасных для человека. Москва, ИПК Издательство
стандартов,2003.

2.Самуэль Гласстон, Филип Долан, "Характеристики ядерного оруж
ия" (Te
Effects of Nuclear Weapon) , 1977.

3.Задание и курсовые работы. Санкт
-
Петербургский государственный
электротехнический университет ЛЭТИª имени В. И. Ульянова,2004г.

4.http://studme.org/


Список литературы к главе №4

1 Санитарные правила и нормы:
Сан.ПиН 2.2.4.1191
-
03
Электромагнитные излучения радиочастотного диапазонаª.
-

Москва: б.и.,
2002.


36 с.


2 Тихонов М.Н. Защита от электромагнитных излучений / М.Н.
Тихонов, О.А.Никитин.


М., 1996.


108 с.

3 Дьяков А.Ф. Влиянии электрических и маг
нитных полей
промышленной частоты на здоровье человека / А.Ф. Дьяков, И.П. Максимов


Спб.,


1996.


12 с.


Список литературы к главе №5

1.

Охрана окружающей среды: Учебн. для техн. спец. вузов / С.В.Белов,
Ф.А.Барбинов, А.Ф.Козьяков и др.; Под ред. С.В.Бело
ва.


М.: Высшая
школа, 1991.


319 с.

2.

Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда.
-

Л.: Энергоиздат,
1981
г.

3.

СанПиН 2.2.2.548
-
96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений
.

Список литературы к главе №6

1.
ГОСТ 8.207
-
76
. ГСИ. Прямые измерения с мног
ократными
наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные
положения.

2.
ГОСТ 12.0.003
-
74
. ССБТ. Опасные и вре
дные производственные
факторы. Классификация.

3. Р 50.2.022
-
2002. Рекомендации по метрологии ГСОЕИ. Счетчики
аспирационных легких ионов. Методика поверки.

4.
СанПиН 2.2.2/2.4.1340
-
03
. Гигиенические требования к
231


персональным электронно
-
вычислительным машинам и организация работы.

5.
СанПиН 2.2.4.1294
-
03
. Гигиенические требования к аэроионному
составу воздуха производственных и общественных помещений.

6. СанПиН 2.2.2.548
-
96. Гигиеническ
ие требования к микроклимату
производственных помещений.

7. СН 6032
-
91. Допустимые уровни напряженности электростатических
полей и плотности ионного тока для персонала подстанций и ВЛ
постоянного тока ультравысокого напряжения.

8. МУК 4.3.1675
-
03. Общие тр
ебования к проведению контроля
аэроионного состава воздуха.

9. МУ 4.3.1517
-
03. Санитарно
-
эпидемиологическая оценка и
эксплуатация аэроионизирующего оборудования.

10. Захарченко М.П., Бовтюшко В.Г., Хавинсон В.Х., Губернский Ю.Д.
Ионизация воздушной среды и

здоровье.
-

С
-
Пб.: Нордмедиздат, 2002.
-

200
с.

11. Колерский С.В., Котляров А.А. Основные требования к измерениям
концентрации аэроионов на рабочих местах // АНРИ.
-

№ 2 (29).
-

М.:
Информационный центр НПП Дозаª, 2002.
-

С. 17
-

20.

12. Скоробогатова A
.M. О влиянии ионизированного воздуха на
физиологические механизмы адаптации: Труды III Всесоюзного симпозиума.
Атмосферное электричество.
-

Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
-

279 с.

13. Таммет Х.Ф. Аспирационный метод измерения спектра аэроионов:
Уч. записки ТГ
У.
-

Тарту, 1967.
-

Вып. № 195.
-

232 с.

14. Челмерс Дж. А. Атмосферное электричество.
-

Л.: Гидрометеоиздат,
1974.
-

421 с.

15. Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь.
-

М.: Мысль, 1999.
-

716 с.

16. Шандала М.Г. Аэроионизация как неблагоприятный фактор
внешней
среды
-

Киев.: Здоров`я 1974.
-

164 с.

17. Шилкин А.А., Губернский Ю.Д., Миронов A.M. Аэроионный
режим в гражданских зданиях.
-

М.: Стройиздат, 1988.
-

169 с.

18. Kruger A.P., Struble A.E., Yost M.G., Reed E.I. Electric fields, small
ions and biological af
-

1978.
-

V. 22.
-

№3.
-

P. 202
-

212.

19. Sulman F.Y., Levy D., Lunkan L., Pfeifer Y., Tal E. Absence of Harmful
Effects of Protracted Negative Air ionization // International Journal
-

1978.
-

V. 22.
-

P. 53
-

58.





Приложенные файлы

  • pdf 10769889
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий