Конспект лекций по учебной дисциплине “ Методы и средства защиты окружающей среды от энергетических воздействий” Томск 2009 г icon

Конспект лекций по учебной дисциплине “ Методы и средства защиты окружающей среды от энергетических воздействий” Томск 2009 г


2 чел. помогло.
Смотрите также:
Конспект лекций по учебной дисциплине “ Защита биосферы от энергетических воздействий” Томск...
Конспект лекций по учебной дисциплине “Теоретические основы защиты окружающей среды”...
Рабочая программа по дисциплине...
Утверждаю
Конспект лекций для студентов специальности 090804 "Физическая и биомедицинская электроника"...
Конспект лекций Москва 2006 г...
Конспект лекций по дисциплине «технические средства охраны»...
О состоянии окружающей среды...
Конспект лекций по дисциплине «Экология городской среды»...
Конспект лекций для студентов 1 курса дневной и заочной форм обучения специальности 070800...
Рабочая программа По дисциплине «Методы и средства защиты информации» По специальности 230102...
Конспект лекций Красноярск 2009 удк 627. 352...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4
скачать



Министерство образования и науки Российской Федерации

Томский политехнический университет


В.Ф. Панин


Конспект лекций по учебной дисциплине

Методы и средства защиты окружающей среды от энергетических воздействий”


Томск 2009 г.


УДК 574


Панин В.Ф. Методы и средства защиты окружающей среды от энергетических воздействий Конспект лекций. – Томск: ТПУ, 2009. – 62 с.


В конспекте лекций рассмотрены источники и последствия загрязнения воздушной среды, гидросферы и литосферы электромагнитными полями радиочастотного и инфракрасного (тепловые излучения, поля) диапазонов, ионизирующими излучениями естественного и антропогенного происхождения, вибро-акустическими воздействиями. Дан общий обзор процессов, принципов и методов защиты биосферы от энергетических загрязнений.


Конспект лекций подготовлен на кафедре экологии и безопасности жизнедеятельности Томского политехнического университета, соответствует программе Министерства образования и науки Российской Федерации, и рекомендуется для студентов заочной и дневной формы обучения технических вузов.При подготовке конспекта лекций использованы материалы изданий: Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д. Экология для инженера: Учебное пособие. /Под редакцией В.Ф. Панина. – М: Издательский Дом “Ноосфера”, 2000, 2001. – 287с.; Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д. Экология. Часть 2: Учебное пособие./Под ред. профессора В.Ф.Панина - Северск: СГТА, 2006. – 168с.


Конспект лекций одобрен на заседании кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Томского политехнического университета.



Рецензенты:

Плеханов Г.Ф. – профессор кафедры природопользования Томского государственного университета, доктор биологических наук, профессор

Гальцова В.В. – главный специалист управления Росприроднадзора по Томской области


С О Д Е Р Ж А Н И Е


Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Глава 1 Защита окружающей среды от ионизирующих излучений 8

1.1 Некоторые понятия, термины, величины,
единицы измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2 Биологическое действие ионизирующего излучения . . . . . 12

1.3 Естественный радиационный фон Земли . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4 Радиационное загрязнение биосферы . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5 Экологические последствия радиационного загрязнения

биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.6 Защита окружающей среды от ионизирующих излучений . 20

Глава 2 Защита окружающей среды от электромагнитных (радиочастотных) загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..25.

2.1 Естественный электромагнитный фон и связанные с ним
процессы в живом веществе. Электромагнитное
загрязнение биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2 Биологическое действие электромагнитных полей . . . . 27

2.3 Нормирование электромагнитных полей . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4 Защита персонала от радиоволнового облучения . . . . . . . . 33

2.5 Мероприятия защиты населения от ЭМИ . . . . . . . . . . . . . . 35

Глава 3 Защита окружающей среды от тепловых загрязнений . . . . . 39

Глава 4 Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений 43

4.1 Источники виброакустических воздействий . . . . . . . . . 43

4.2 Характеристики и биологическое действие
виброакустических колебаний. Нормирование . . . . . . . . 44

4.2.1 Акустические колебания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.2.2 Вибрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.2.3 Инфразвук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3 Защита окружающей среды
от виброакустических загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3.1 Защита от шумов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3.2 Защита от вибраций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.3.3 Защита от инфразвука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.4 Методы и приборы для измерения шума,
инфразвука и вибраций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

^ Введение: общие представления об энергетических загрязнениях биосферы (окружающей среды)


Производственная и другая деятельность человека приводит не только к химическому загрязнению биосферы, рассмотренному в предыдущих главах. Всё возрастающую роль в общем потоке негативных антропогенных воздействий на биосферу приобретает её физическое загрязнение. Последнее связано с изменением физических параметров внешней (окружающей) среды, то есть с их отклонением от параметров естественного фона.

В настоящее время наибольшее внимание привлекают изменения электромагнитных и виброакустических параметров (условий) окружающей среды. Как правило, в литературе они рассматриваются как волновые или энергетические загрязнения.

Спектр частот известных сегодня электромагнитных колебаний чрезвычайно широк: от близких к нулю до 3·1022 Гц (рентгеновское излучение). В связи с этим обстоятельством и различием способов получения и регистрации, а также в связи с многообразием проявлений электромагнитных колебаний весь спектр разбит на несколько диапазонов:

1) радиоволны возбуждаются при движении электрических зарядов в системах, образованных телами макроскопических (надмолекулярных) размеров, частоты 0  f  6·1012 Гц,   5·10-5 м; согласно международному регламенту радиосвязи длины (частоты) радиоволн делятся на 12 диапазонов, начиная с крайне низких частот (3…30) Гц, заканчивая гипервысокими частотами (0,3…3) ТГц;

2) оптические волны (излучения) возбуждаются при движении электрических зарядов в системах атомно-молекулярных размеров. Спектр частот f = 31011…31016 Гц (границы условные),  = 10-3…10-8 м. Весь спектр оптического излучения разделён на три диапазона:

- инфракрасное, f = (31014…3,9·1014) Гц ,  = (10-3...0,77·10-6) м или тепловое излучение;

- видимое, f = (3,91014…7,91014) Гц,  = (0,7710-6…0,3810-6) м или световое излучение;

- ультрафиолетовое излучение, f = (7,91014…31016) Гц,
 = (0,3810-6…10-8) м;

3) рентгеновское излучение возникает при взаимодействии заряженных частиц и фотонов с атомами вещества, f = (31015…31022) Гц,
 = (10-8…10-14) м.

4) гамма-излучение, генерируется возбуждёнными ядрами атомов при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, при распаде частиц и т.п., f  31018 Гц ,   10-10 м .

Общепризнано, что в настоящее время наибольший вклад в энергетическое загрязнение окружающей среды вносят изменения её электромагнитных параметров в диапазонах частот, соответствующих областям радиоволн (собственно электромагнитное загрязнение), инфракрасного или теплового излучения (тепловое загрязнение), рентгеновского и гамма-излучения, которые вместе с  - и  - частицами (испускаются радионуклидами – нестабильными ядрами радиоактивных элементов: уран, торий, полоний, радий и др.), являются причиной радиоактивного загрязнения биосферы, а также изменения вибро-акус-тических параметров (виброакустическое загрязнение).

Одной из основополагающих компонент комплекса мер по защите окружающей среды от энергетических загрязнений является их нормирование, то есть установление того уровня энергетического загрязнения, превышение которого недопустимо при организации в данном месте нового производства (завод, ТЭС и т.п.) или реконструкции прежнего. Если при химическом загрязнении этим предельным уровнем является предельно допустимая концентрация (ПДК), то при энергетическом загрязнении введён предельно допустимый уровень (ПДУ) энергетического загрязнения. Его смысл соответствует смыслу ПДК. Как и в случае ПДК, ПДУ устанавливается отдельно для техносферы (для рабочей зоны) и для окружающей среды (населённой местности). Последний всегда меньше, чем ПДУ для рабочей зоны. В большом числе случаев это различие составляет 10 раз, что можно объяснить двумя обстоятельствами. Во-первых, в рабочей зоне, то есть на производстве, заняты, выражаясь эколого-биологическим языком, оформившиеся (физически и биологически) человеческие особи. Их устойчивость к воздействию вредных факторов (диапазон толерантности) выше, чем у другой части населения: детей, пожилых и престарелых людей, а также просто физически слабых людей. Во-вторых, в значительной мере это различие предопределено тем, что в большинстве случаев вредный фактор формируется именно в рабочей зоне, где он имеет максимальные значения; по мере распространения в окружающем пространстве он уменьшает свою интенсивность, так что вне производственной территории его интенсивность априорно меньше, чем в рабочей зоне. Получается, что в определённой степени это двойное нормирование лишь фиксирует объ-ективное распределение интенсивности вредного фактора в пространстве (речь идёт и о химическом, и об энергетическом загрязнении).

Конечно, в глубинной основе сегодняшнего нормирования вредных экологических факторов лежат и экономические соображения. Читатель сейчас же согласится с тем, что лучше всего сделать так, чтобы и концентрация вредных веществ, и интенсивность энергетических факторов были пренебрежимо малыми. Увы, в том-то и состоит обратная сторона "медали" технического прогресса и в этом-то и содержатся истоки Глобального экологического кризиса, что не всегда удаётся оформить технологию производства так, чтобы полностью исключить её вредные воздействия. Рынок, по большому счёту, в принципе антиэкологичен. Рыночному производителю надо либо вкладывать большие средства в доводку технологии до устранения вредных воздействий, и тогда его “поезд может уйти”, либо он прорывается в рынок со своим товаром (услугой), неся за ним шлейф экологических издержек. Но этот шлейф экологических издержек (явно вредных, их по всем человеческим меркам надо устранять!) согласуется (!) с надзорно-контрольными экологическими органами на основе компромиссной концепции ПДК и ПДУ, и вот уже товар пошёл гулять по свету, внося свой вклад в тот планетарный феномен, который мы сегодня называем Глобальным экологическим кризисом.

В принципе, тем не менее, компромиссная концепция ПДК и ПДУ сегодня – реальный и действенный инструментарий защиты окружающей среды. И он найдёт свое место в процессе реализации концепции устойчивого развития. Но свои конструктивные приложения он найдёт лишь в развитии. Направленность его развития: уровни ПДК и ПДУ должны снижаться. Жизнь, то есть практика реализации концепции устойчивого развития, подскажет, каким должен быть темп ужесточения экологических нормативов. Разумеется, он должен быть оптимальным: ни излишне быстрым, ни слишком медленным. Он будет таким, каким его определит Коллективный Разум мирового сообщества – с постоянным учётом темпа развития Глобального экологического кризиса.

Но, повидимому, дело будет заключаться не только в постоянном ужесточении экологических нормативов в их сегодняшнем виде. Скорее всего, будет изменяться и философия (критерии) самих экологических нормативов, в частности, нормативов для энергетических загрязнений.

В соответствии с современными представлениями о взаимодействии энергетического фактора с организмом 24 можно обозначить следующую логику определения (поиска) ПДУ. Например, применительно к акустическому (шумовому) фактору.

Пройдя длительный эволюционный процесс, человек адаптировался к реальному спектру акустических воздействий. В ходе эволюции оказалось нецелесообразным для слухового аппарата человека регистрировать звуковые сигналы с плотностью потока энергии акустических колебаний воздушной среды, меньшей чем 10-12 Вт/м2 (зона превентивного торможения) 24: по-видимому все явления окружающего мира, сопровождаемые эмиссией звуковых сигналов с плотностью потока энергии, меньшей, чем 10-12 Вт/м2 (пороговая чувствительность), не играли значимой роли в жизнедеятельности наших доисторических предков и поэтому инстинктивно “обрезались”.

Более энергоёмкие сигналы несли более значимую информацию, в итоге наш слуховой аппарат воспринимает звуковые сигналы в чрезвычайно широком диапазоне плотностей потока энергии, который образует информационную зону. Все звуки в этой зоне помогали доисторическому человеку (и помогают нам) ориентироваться в окружающем мире. Правая (верхняя) граница этого диапазона плотностей потока звуковой энергии, и более высокие её значения, по-видимому, соответствовали тем реальным звуковым сигналам, которые также реально не несли значимую информацию (иначе слуховой аппарат приспособился бы к ним). Эта область энергосодержаний звуковых волн - зона запредельного торможения, поскольку эти сигналы специфически восприниматься не могут, так как нарушают нормальную саморегуляцию организма, и последний вынужден защищаться от их действия охранительным торможением.

В качестве верхней границы информационной зоны естественно принять величину, сопоставимую с энергией основного обмена организма, пересчитанную на эквивалент плотности потока энергии 24. Энергия основного обмена, практически одинаковая для всех теплокровных животных, составляет 1000 кал/м2 в сутки (постоянная Рутберга) или 510-2 Вт/м2. Если выразить эту величину в децибелах по отношению к порогу чувствительности, т.е.

,

то получим усреднённый уровень звукового давления на верхней границе информационной зоны. Она соответствует энергии основного обмена в состоянии организма между покоем и интенсивной мышечной работой. В последнем случае энергия основного обмена может возрасти в 5…8 раз 24, то есть примерно на порядок величины. Для этого случая L = 117 дБ  120 дБ. Соответственно, для состояния покоя L  100 дБ. Одновременно это нижняя граница зоны запредельного торможения или зоны энергетического воздействия.

Таким образом, величина энергии основного обмена, точнее спектр величин этой энергии, соответствующий спектру состояний организма между покоем и интенсивной мышечной работой (в децибелах этот спектр выражается как 100…120 дБ), может рассматриваться как исходная величина при установлении теоретических ПДУ энергетических загрязнений (воздействий). Причём это может быть отнесено к каждому энергетическому воздействию: в ходе эволюции организмы адаптировались ко всем энергетическим воздействиям, по каждому из них организмы имеют информационную зону и, соответственно, верхнюю границу этой зоны, сопоставимую с энергией основного обмена. Естественно поэтому в качестве некоторого приближения ПДУ того или иного энергетического воздействия рассматривать его параметры, соответствующие энергетике основного обмена.

Приведённая логика установления ПДУ энергетических загрязнений – один из вариантов подхода, в основу которого положена идея о существовании некоторого энергетического порога подобных воздействий, при превышении которого биосистемы претерпевают необратимые изменения, ведущие к ущербу их жизнедеятельности. Речь идёт об изменениях на разных уровнях: на организменно-надорга-низменном уровне – изменения (реакции) поведенческие, роста, развития; на клеточно-субклеточном уровне – реакции обмена, роста, развития.

Разумеется, вопрос о ПДУ энергетических воздействий весьма сложен, как сложно всё, что связано с жизнедеятельностью организмов. В сущности, работы по эколого-гигиеническому нормированию энергетических воздействий на биосферу представляют собой фрагмент общего фронта исследований взаимодействия физических полей с живым веществом. Однозначных решений в части ПДУ в настоящее время не существует. Можно сказать, что в результате исследований в этой области сформировалась определённая методология, позволяющая практике экологического нормирования (а таковая есть в каждой стране, так как всесторонние экологические нормативы являются насущной потребностью общества) развиваться в рамках современных научных представлений в данной области.


^ Глава 1 Защита окружающей среды от ионизирующих излучений


1.1Некоторые понятия, термины, величины, единицы измерения


Приведенные далее понятия, термины, величины, единицы измерения соответствуют 25-29.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер. При этом изменение атомного номера приводит к превращению одного химического элемента в другой, изменение массового числа – к превращению изотопов данного элемента. Каждый акт распада сопровождается испусканием  - или  - частицы, или нейтрона, или  - кванта (фотона), или определённым их сочетанием. Данные частицы способны прямо или косвенно ионизировать среду.

Нуклид - общее название атомов, различающихся числом нуклонов в ядре или, при одинаковом числе нуклонов, содержащих разное число протонов или нейтронов.

Радионуклид – нуклид, обладающий радиоактивностью.

^ Радиоактивное вещество (РВ) - вещество, имеющее в своём составе радионуклиды, следовательно, РВ – источник ионизирующего излучения (ИИ). Ионизировать вещество могут также частицы (фотоны), испус-каемые специальными аппаратами, например, рентгеновскими аппаратами.

^ Активность радионуклида А в источнике – мера радиоактивности. Она равна числу спонтанных ядерных превращений в источнике за одну секунду. Единица активности – беккерель, Бк. 1 Бк равен одному ядерному превращению (распаду) за 1 секунду: 1 Бк = 1 расп./с. Часто используется удельная активность, Бк/кг, объёмная активность, Бк/л, поверхностная активность, Бк/м2.

^ Внешнее облучение - облучение тела от находящихся вне его источников ИИ, внутреннее облучение тела – от находящихся внутри него источников ИИ.

Поглощённая доза Д – отношение энергии, которую ионизирующее излучение передало веществу, к массе данного вещества. Единица измерения – грэй, Гр, 1 Гр = 1 Дж/кг.

^ Доза эквивалентная – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения:

HT,R = ДT,R WR,

где ДT,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани; WR – взвешивающий коэффициент для излучения R; R – индекс вида и энергии излучения.

Единица дозы эквивалентной – зиверт, Зв.

Взвешивающий коэффициент WR учитывает относительную эффективность различных видов излучений в индуцировании биологических эффектов. Значения его составляют:

1 – для электронного, позитронного, рентгеновского, гамма- и бета-излучений;

20 – для альфа-излучений;

5 – для протонов с энергией более 2 МэВ;

5-20 – для нейтронов с энергией от менее 10 кэВ до и более 20 МэВ.

^ Доза эффективная – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности:

,

где НТ - эквивалентная доза в органе или ткани, Т; WT – взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации.

Единица дозы эффективной – зиверт, Зв.

Значения WT составляют:

  • 0,2 – для гонад;

  • 0,12 – для красного костного мозга, толстого кишечника, легких и желудка;

  • 0,05 – для мочевого пузыря, грудной железы, печени, пищевода, щитовидной железы;

  • 0,01 – для кожи и клеток костных поверхностей;

  • 0,05 – для остальных органов.

Если просуммировать индивидуальные эффективные эквивалентные дозы группы людей, то получится коллективная эффективная эквивалентная доза, на основе которой возможна оценка стохастического эффекта воздействия ионизирующих излучений на группы людей.

^ Предел дозы (ПД) – величина годовой эффективности или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.

^ Предел годового поступления (ПГП) – допустимый уровень поступ-ления данного радионуклида в организм в течение года, который при многофакторном воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы.

Для фотонного (рентгеновского и гамма – излучения) существует экспозиционная доза Дх – отношение заряда одного знака, образо-вавшегося в данном объёме воздуха, к массе воздуха в данном объёме. Единица измерения – кулон/кг, Кл/кг. Внесистемная единица – рентген, Р, 1Р = 2,5810-4 Кл/кг.

^ Мощность дозы излучения Р – отношение приращения дозы за некоторый интервал времени к этому интервалу времени; единицы мощности дозы: Гр/с, Зв/с, Р/с.

Естественный радиационный фон - мощность эквивалентной дозы ИИ, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественным образом распределённых в биосфере, в том числе в живом веществе и в организме человека. Для России он составляет 0,1…0,2 мкЗв/ч, что примерно соответствует годовой эквивалентной дозе 0,9 мЗв.

^ Технологически изменённый естественный радиационный фон - связан с использованием материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов, сжиганием ископаемого топлива, приме-нением сельскохозяйственных удобрений и т.п.

^ Техногенный или искусственный радиационный фон - сформировавшийся из радионуклидов, возникших при испытаниях ядерного оружия и ядерных авариях и поступающих в биосферу при работе предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) и атомной промышленности.

Значит, люди подвергаются облучению за счёт естественного и ис-кусственного радиационных фонов, а также за счёт медицинских процедур.

Категории облучаемых лиц включают:

- персонал (группы А и Б): А – лица, работающие с техногенными источниками излучения; Б – находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия;

- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

^ Санитарно–защитная зона (СЗЗ) – территория вокруг источника ИИ, на которой уровень облучения людей в условиях нормального (штатного) режима работы источника ИИ может превысить установленный предел дозы (ПД). В СЗЗ устанавливается режим ограничений и проводится радиационный контроль дозиметрической службой предприятия.

^ Зона наблюдения - территория вокруг источника ИИ, где возможно влияние радиоактивных сбросов и выбросов источника ИИ, и облучение проживающего населения может достигать ПД. Радиационный контроль проводится радиологическими службами СЭС.

^ Уровни воздействия источников ИИ регламентируются основным документом – “Нормы радиационной безопасности (НРБ)-99”. Согласно НРБ-99, дозовые пределы не включают в себя дозу, вызванную естественным радиационным фоном, и дозу, получаемую человеком при медицинских процедурах.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

  • основные пределы доз (ПД), приведенные в таблице 1.1;

  • допустимые уровни многофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и др.;


Таблица 1.1 - Основные пределы доз

Нормируемые величины

Пределы доз

Персонал (группа А)

Население

Эффективная доза

20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год (1000 мЗв за 50 лет трудовой деятельности)

1 мЗв в год в среднем за любые последова-тельные 5 лет, но не более 5 мЗв в год (70 мЗв за 70 лет жизни)

Эквивалентная доза за год:

в хрусталике глаза

коже

кистях и стопах



150 мЗв

500 мЗв

500 мЗв



15 мЗв

50 мЗв

50 мЗв


- контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Основные пределы доз для персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А.

^ Порядок и правила работы с источниками ИИ регламентирует основной документ “Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ) – 99”. Согласно ОСПОРБ-99, к непосредственной работе с источниками ИИ допускаются лица не моложе 18 лет, без медицинских противопоказаний; женщины должны освобож-даться от работы с источниками ИИ с момента установления бере-менности и на период вскармливания ребёнка.

Нарушение НРБ-99 и ОСПОРБ - 99 влечёт дисциплинарную, адми-нистративную и уголовную ответственности.


^ 1.2 Биологическое действие ионизирующего излучения


Согласно современным представлениям, механизм биологического действия ИИ можно рассматривать как совокупность первичных физико-химических процессов в молекулах клеток и окружающего их субстрата и последующего нарушения функций целого организма 25-29.

Первичные процессы во многом определяются ионизацией молекул воды (на 75 % организм состоит из воды) с образованием химически высокоактивных радикалов Н* и ОН*, гидратированных электронов и последующими цепными реакциями, в основном, окисления радикалами молекул белка. Помимо этого косвенного воздействия ИИ через продукты радиолиза воды ИИ воздействует и непосредственно - через расщепление молекул белка, разрыв связей, отрыв радикалов и др.

Под действием первичных, физико-химических процессов в клетках возникают функциональные, биохимические изменения. Они могут произойти как непосредственно после акта воздействия ИИ, так и через длительный период времени после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений, которые могут привести к раку 27.

Наиболее радиочувствительны клетки постоянно обновляющихся тканей: костного мозга, половых желёз, селезёнки и др. Изменения на клеточном уровне и гибель клеток приводят к таким нарушениям в тканях, в функциях отдельных органов и в межорганных процессах, которые вызывают самые различные последствия для организма вплоть до его гибели.

^ Возможные последствия: соматические эффекты; соматико–сто-хастические эффекты; генетические эффекты.

Соматические (телесные) эффекты – последствия облучения для самого облучённого, а не для его потомства. Эти эффекты могут быть нестохастическими и стохастическими (вероятностными). Первые: поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут с увеличением дозы и для которых существует дозовый порог, например, острая лучевая болезнь, локальное незлокачественное поражение кожи (лучевой ожог) и т.п. Вторые (соматико-стохастические): сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования и опухоли; считается, что эффекты эти не имеют дозового порога.

Основные стохастические эффекты – генетические: хромосомные аберрации (изменение числа и структуры генов); доминантные и рецессивные мутации генов (соответственно, проявляются в первом поколении потомков и могут не проявиться на протяжении многих поколений). Типичное проявление радиационного стохастического эффекта: врождённые уродства. Эти эффекты не исключаются при малых дозах облучения и условно не имеют порога. Так, статистически надёжно установлено повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями у людей, получающих малые дозы облучения. Выход соматико-стохастических эффектов определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или за 50 лет.

В связи с радиационным загрязнением важно ответить на ещё не решённые вопросы:

  1. Какова зависимость эффекта от дозы при постоянном облучении малыми дозами?

  2. Каким образом суммируются для биосистем разного уровня организации малые дозы?

  3. Какова вероятность эффектов (рака, стерильности и др.) при уровне радиации, принятом в качестве допустимого?

Лучше изучены последствия облучения сублетальными дозами, то есть не приводящими к смертельному исходу в течение определённого срока наблюдения. Установлено, в частности, повышение частоты сублетальных мутаций, проявляющихся во 2-м и 3-м поколениях; разные виды организмов, а также органы и ткани особей обладают неодинаковой радиорезистентностью. Так, смертельная (50-%-я) доза для бактерий достигает 10 кГр, растений – 1 кГр, членистоногих – 500 Гр, для млекопитающих – от 0,5 до 4 Гр. Минимальная абсолютно смертельная доза для человека составляет 6 Гр. Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы теряют способность нормально функционировать при 0,5…1,0 Гр, облучения семенников дозой свыше 2 Гр приводят к постоянной стерильности, облучения яичников однократной дозой более 3 Гр – также; почки выдерживают без особого вреда суммарную дозу в 23 Гр, полученную дробно в течение 5 недель, печень – 40 Гр за месяц.

Крайне чувствительны к радиации дети. Небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или совсем остановить рост костей, облучение мозга – к потере памяти, а у очень маленьких детей – к слабоумию и идиотии.


^ 1.3 Естественный радиационный фон Земли


Источники ионизирующих излучений в биосфере: космическое излучение; излучения естественных радионуклидов, рассеянных в воздухе, воде, почве, земной коре и других объектах окружающей среды; излучения от радионуклидов, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия, поступающих в окружающую среду при нештатных режимах работы предприятий и учреждений, в которых обращаются радиоактивные вещества, а также при удалении, сборе, хранении, переработке и захоронении радиоактивных отходов теми же предприятиями 25-29.

^ Космическое излучение состоит, в основном, из протонов высоких энергий, приходящих из межзвёздного пространства; солнечного космического излучения, обусловленного солнечными вспышками, при которых возникают излучения в области УФ – и рентгеновского спектров, а также испускаются заряженные частицы, в основном, протоны и альфа-частицы; вторичное космическое излучение, образующееся в результате взаимодействия космического излучения с ядрами атомов воздуха (нейтроны, протоны, мезоны, электроны и т.п.).

Суммарная годовая эффективная эквивалентная доза космического излучения на уровне моря составляет 0,3 мЗв, при этом на ионизирующий компонент приходится 93 % дозы, на нейтронный – 7 %.

^ Ионизирующие излучения естественных радионуклидов. Их в биосфере содержится более 60, они подразделяются на космогенные и первичные.

Космогенные радионуклиды образуются в атмосфере и поступают на поверхность Земли с осадками (Ве-7, Na-22 и др.), их вклад (в виде гамма-излучения) в суммарную дозу излучения незначителен (в 200 раз меньше вклада первичных радионуклидов).

^ Первичные радионуклиды делятся на радионуклиды уранового и ториевого семейств и радионуклиды вне этих семейств. Главные источники гамма-излучений первой группы: торий-228, астатий-228, свинец-214 и висмут-214. Средняя годовая эквивалентная доза первичных радионуклидов составляет  0,39 мЗв. Это – за счёт внешнего облучения: от радионуклидов, находящихся во внешней (по отношению к человеку) среде. Поступая внутрь организма с воздухом, пищей и водой, радионуклиды вызывают внутреннее облучение. Установлено, что внутренее облучение человека за счёт всех естественных радионуклидов составляет  1,3 мЗв, из которых  1 мЗв приходится на радон-222.


^ 1.4 Радиационное загрязнение биосферы


Одной из составляющих радиационного загрязнения биосферы

является технологически изменённый естественный радиационный фон – за счёт поступления в природную среду естественных радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. К нему также относят: дополнительное облучение при полётах в самолётах; радионуклиды радий-226, прометий-147, тритий, используемые для светосоставов постоянного действия, цветные телевизоры и другие устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение; радионуклид Ро-210, используемый для снятия статического электрического заряда в некоторых производствах; некоторые пожарные дымовые детекторы; керамическую и стеклянную посуду, содержащую уран и торий и др.

Ряд радионуклидов содержится в сжигаемых углях. Удельная активность угольной золы достигает следующих величин, Бк/кг: 265 – 40К, 200 – 238U, 240 - 226Ra, 930 - 210Pb, 1700 – 210Ро и т.д. Индивидуальная средняя годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью 1 млн.кВт (район радиусом 20 км) может достигать 0,005 Зв. Эта доза зависит от зольности угля и эффективности очистки дымовых газов от твёрдых частиц (летучей золы).

Значительное количество радионуклидов содержится в удобрениях, применяемых в сельском хозяйстве. После внесения удобрений в почву радионуклиды по пищевым цепям поступают в живые организмы. Так, тройной суперфосфат (производства США) имеет удельную активность, Бк/кг: 2100 – 238U, 1800 – 230Th, 780 - 226Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия): 470 – 238U, 210 - 226Ra, 5900 – 40К.

Предметы широкого потребления – дополнительные источники облучения человека. Так, часы с циферблатом, содержащим радий – 226, создают мощность дозы 0,074 мкГр/ч, цветной телевизор - 0,003 мкГр/ч (на расстоянии 2,5 м от экрана).

Огромное количество радионуклидов поступило в биосферу при испытаниях ядерного оружия в 1945-1980гг. Установлено, что основной вклад в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу вносят 21 радионуклид, образовавшихся при испытаниях: 14С, 137Cs, 95Zr, 106Ru, 90Sr, 144Cl, 3H, 131I и др. Полная ожидаемая доза от всех этих радионуклидов составляет 4 мЗв.

Радиоактивные вещества поступают в биосферу на всех стадиях ядерно-топливного цикла (ЯТЦ): добыча и переработка урановых и ториевых руд, обогащение урана изотопом U-235, изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), получение энергии в ядерных реакторах, переработка отработавшего ядерного топлива, переработка, хранение и захоронение радиоактивных отходов - на всех стадиях необходима транспортировка радиоактивных материалов.

Основные источники потенциальной ядерной опасности – ядерные реакторы. Несмотря на очень высокие требования по безопасной экс-плуатации ядерных реакторов, количество нарушений правил эксплу-атации весьма высоко, и целый ряд таких нарушений привёл к авариям с катастрофическими последствиями для биосферы: взрыв на предприятии «Маяк» на Северном Урале (1957 г.), аварии на Ленинградской АЭС (1974-1975 гг.), пожар на Белоярской АЭС (1978 г.), катастрофа на Чернобыльской АЭС (1986 г.), при которой выброс радиоактивных веществ составил более 1015 Бк по 131I, авария на Сибирском химическом комбинате (1993 г.). Аналогичные аварии происходили и в зарубежных странах: Тримайл –Айленд, США, 1979 г., выброс до 51013 Бк; Виндскейл, Великобритания, 1957 г., выброс до 51014 Бк. Аварии и катастрофы на ядерных объектах – основной аргумент противников развития ядерной энергетики.

При добыче ураносодержащей руды образуются газообразные, жидкие и твёрдые радиоактивные отходы (РАО). Газообразные – в основном за счёт радона-222, до 8109 Бк на 1 т добытой руды. Жидкие отходы определяются шахтными водами, образующимися при дренаже, и водой для технологических целей. Твёрдые отходы – горная порода и руды с низким содержанием урана.

Руда обогащается в процессах грохочения, дробления, измельчения и перевода в растворимый в воде диоксид урана UО2. Отходы обогащения в виде суспензии с 50 % -ой, твёрдой фракцией содержат радий и его дочерние радионуклиды, причём до 85 % активности содержится в илистой фракции. Хвостохранилища - источник радиоактивных выбросов и долговременного облучения населения. Облучение можно ограничить, покрыв отвалы, например, асфальтом.

После обогащения урановый концентрат перерабатывают на химических и аффинажно-металлургических заводах с целью извлечения урана и очитски его от примесей. При этом образуются газообразные и жидкие отходы (альфа- и бета-излучатели), но доза облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ЯТЦ. Обогащённый уран (в виде оксида урана) – исходное сырьё для производства ядерного топлива в виде таблеток массой до 15 г. Последние размещаются в оболочках из термостойких сплавов. Это – тепловыделяющие элементы. ТВЭЛами загружают активную зону (ядерную «топку») ядерного реактора. Безопасность работы реактора обеспечивается регулированием цепной реакции, охлаждением активной зоны и радиационной защитой.

Регулирование цепной реакции осуществляется путём погружения в активную зону стержней из материалов, поглощающих нейтроны (графит, бор, кадмий).

В активной зоне реактор выделяет огромное количество тепла, отводимого теплоносителем (вода, газ, жидкие металлы) на производство пара. Прекращение подачи теплоносителя в активную зону может привести к расплавлению топлива и серьёзной аварии. В конструкции реакторов предусмотрены решения, исключающие нарушения подачи теплоносителя. Реактор снабжается также аварийным запасом воды для аварийного охлаждения.

По мере работы реактора в топливе накапливаются высокоактивные продукты деления. Для защиты персонала активная зона реактора и коммуникации выгрузки отработанного топлива окружены мощным защитным экраном, имеется также система радиоактивных выбросов в штатных и аварийных режимах.

Современные реакторы разделяются на два основных типа: на тепловых нейтронах и на быстрых нейтронах.

Реакторы первого типа: водо-водяные (ВВЭР), паро-водяные (ПВР), водо-графитовые (ВГР, РБМК), графито-газовые (ГГР). В них тепло-носитель – вода (пар) или газ (гелий, углекислый газ), замедлитель – вода или графит, топливо – таблетки оксида урана – 238, слабообогащённого ураном-235, способным на самопроизвольную цепную реакцию. Теплоноситель прокачивается через активную зону (первый контур) и полученное в ней тепло передаёт на парогенератор (второй контур). Из него пар подаётся на турбину электрогенератора.

В реакторах второго типа теплоноситель – жидкий натрий, он прокачивается через активную зону и отводит тепло в теплообменник, в котором отдаёт тепло натрию второго контура. Натрий второго контура проходит в парогенератор, испаряя воду третьего контура, пар поступает в турбину электрогенератора. Топливо – уран, обеднённый ураном – 235 (практически чистый уран-238), не «работающий» в тепловых реакторах.

При работе АЭС образуются РАО, часть которых поступает в окружающую среду, поскольку системы очистки не дают 100 %-го эффекта.

Газообразные РАО: радиоактивные благородные газы (РБГ), например, около десяти радионуклидов Кr и Хе – продуктов деления, 41Ar – продукт нейтронной активации 40Ar, содежащегося в воздухе и в теплоносителе. Более 50 биологически значимых радионуклидов содержится в аэрозольных выбросах АЭС.

Жидкие РАО: пульпа ионо-обменных смол, фильтроматериалы, кубовые остатки выпарных аппаратов, в которые поступает загрязнённая радионуклидами вода при эксплуатации или ремонте реактора, дебалансные воды, активность которых создаётся в основном за счёт трития, т.к. система очистки не позволяет извлекать тяжёлую воду из воды.

Твёрдые РАО: отвердённые жидкие концентрированные РАО, детали оборудования реактора, снятые с эксплуатации, отработавшие материалы.

Доза облучения населения зависит от времени, расстояния и типа реактора. Например, расчётная индивидуальная средняя эффективная эквивалентная годовая доза облучения населения от газоаэрозольных выбросов составляет на расстоянии 10 и 100 км соответственно: для РБМК – 0,0013 и 0,0000135 мЗв/ГВт; для ВВЭР – 0,000079 и 0,0000036 мЗв/ГВт.

Значимый вклад в загрязнение биосферы вносят долгоживущие радионуклиды 3Н, 14С, 35Kr, 90Sr, 106Ru, 129I, 134Cs, 137Cs и изотопы трансурановых элементов, присутствующие в выбросах и сбросах заводов по переработке облучённого ядерного топлива. Такой завод, перерабатывающий 1500 тонн отработанного топлива, создаёт на расстоянии до 100 км индивидуальную годовую эффективную эквивалентную дозу до 0,25 мЗв. Кроме того, в окружающую среду могут поступать отходы кислот, химреагентов для обработки жидких РАО, органических растворителей, могущие отравить грунтовые воды на больших территориях.

На конечной стадии ЯТЦ производится захоронение высокоак-тивных РАО. До сих пор не определены оптимальные способы захо-ронений. Есть проекты захоронений в глубоких подземных выработках, например, в соляных шахтах, в герметичных ёмкостях глубоко под землёй или на дне океана и т.д. – каждый способ имеет свои недостатки, создающие угрозу глобального загрязнения в будущем. Оптимистические оценки лучших вариантов, например, отвердение отходов с последующим захоронением в геологически стабильных районах, показывают, что заметные количества радиоактивных веществ достигнут биосферы через 105…106 лет.

Облучение человека при медицинских обследованиях и радиа-ционной терапии превышает воздействие всех других искусственных источников. Дозы облучения создаются при рентгеновской диагностике человека и диагностике состояния отдельных органов с помощью радиоактивных фармацевтических препаратов, а также при радиотерапии с использованием радиоактивных источников (кобальт-60, цезий-137), бетатронов, линейных ускорителей и радиофармпрепаратов.

Максимальная средняя годовая доза от рентгенодиагностических процедур приходится на костный мозг, желудочно-кишечный тракт и всё тело: 1310, 860 и 1386 мкГр, в то же время средняя эффективная экви-валентная годовая доза облучения человека, проживающего в районе с “нормальным” природным радиационным фоном, составляет 2000 мкЗв.

При радиотерапии поглощённые дозы составляют 20…60 Гр за несколько сеансов.


^ 1.5 Экологические последствия радиационного загрязнения

биосферы


Радиоактивные вещества, попадая в воду, воздух, почву, включаются в биосферный круговорот. Они представляют опасность как источники внешнего и особенно внутреннего облучения. Наиболее интенсивно в биологический круговорот включаются тритий, С-14, Р-32, S-35, K-40, Fe-55, Sr-90, Cs-137, радиоизотопы иода, радионуклиды семейства урана и тория. Накапливаясь в растениях, они по пищевым цепям поступают в ткани и органы животных и человека, вызывая внутреннее облучение, особенно опасное для растущих организмов. Многие радионуклиды обладают свойством избирательного накопления в различных органах и тканях в силу совпадения или близости их химических свойств свойствам элементов, которые естественным образом входят в живые организмы. Так, Sr-90, сходный по химическим свойствам с кальцием, переходит из растений в организм сельскохозяйственных животных, затем с мясной или молочной пищей поступает в организм человека и накапливается в костной ткани и костном мозге, вызывая опухоли костей и лейкозы. Близкий к калию Cs-137 накапливается в печени и половых железах, вызывая наследственные изменения в потомстве. В водных экосистемах преимущественную роль играет процесс биоаккумуляции. Например, установлено, что в тканях рыб реки Колумбия концентрация ради-оактивного фосфора в 5000 раз выше, чем в самой реке, морской фитопланктон аккумулирует радионуклиды с коэффициентом накопления 104. Последнее говорит о том, что необходимо вводить некоторый коэффициент безопасности по отношению к нормативам загрязнения, установленным на основе представления о пассивном разбавлении сбросов.

В вопросе экологических последствий радиационного загрязнения биосферы ключевым моментом является Чернобыльская катастрофа. Случилось то, что случилось: радионуклидным загрязнением (пусть и неравномерным – пятнистым) охвачена территория радиусом более 2000 км, на которой проживают десятки миллионов человек. Практически навсегда потеряны огромные площади сельскохозяйственных угодий, обширная сеть водных источников. С 1986 г. резко возросло число детей с врождёнными пороками развития, возросла патология пищеварительной, мочевыделительной и эндокринной систем, заболеваемость только раком щитовидной железы у детей в Гомельской области Белоруссии с 1986 по 1992 гг. возросла в 48 раз, по прогнозам Всемирной организации здравоохранения каждый 4-й житель только Белоруссии на уровне 2000 г. будет иметь злокачественную опухоль. Эта катастрофа, в сущности, - крупномасштабная модель Глобального экологического кризиса, после которой образ всепланетной экологической бифуркации приобрёл, к со-жалению, вполне реалистические черты. Цивилизация действительно ввела себя в состояние смертельного эксперимента над самой собой, раз-витиекоторого практически уже невозможно остановить, и теперь ей остаётся, вновь и вновь перебирая оценки, гипотезы, концепции, как ле-пестки пресловутой ромашки, шептать и шептать – с нарастающим привкусом горечи во рту: будет, не будет, будет, не будет, будет, не будет...


^ 1.6 Защита окружающей среды от ионизирующих излучений


Защитить окружающую среду от ИИ – значит обеспечить непре-вышение предела дозы (ПД) облучения для населения, установленного в НРБ-99 (п. 4.2.1).

Соблюдение ПД достигается регламентацией и контролем до-пустимых уровней ИИ, установленных в НРБ-99.

При внутреннем облучении: предел годового поступления (ПГП) радионуклида через органы дыхания и пищеварения, допустимая объ-ёмная концентрация (ДК) радионуклида в атмосферном воздухе и в воде. При внешнем облучении: допустимая мощность дозы (ДМД), допустимая плотность потока частиц (ДПП), допустимое загрязнение поверхностей (ДЗ).

Величину ДК вычисляют как отношение ПГП радионуклида к объёму воды или воздуха, с которыми он поступает в организм человека в течение года. Для населения объём воздуха – 7,3106 л/год, воды – 800 л/год. В таблице 1.2 приведены значения ПГП и ДК для 89Sr.

Значения ПГП через органы дыхания и ДК в атмосфере смеси радионуклидов неизвестного состава составляют 3,7 Бк/год и
3,7  10-7 Бк/л; для воды аналогичные величины: 1,11103Бк/год и 1,11 Бк/л.

Величина ДМД составляет 2,4 мкЗв/ч – для помещений предприятия и на территории С33 и 0,6 мкЗв/ч – для жилых помещений на территории зоны наблюдения. В расчётах время пребывания в С33 принимается 2000 ч/год, в зоне наблюдения – 8000 ч/год.

Величина ДПП, при которой достигается допустимая мощность дозы ДМД, равна: ДПП = 2,8  10-7 ДМД / hм частиц / (см2с),

где hм – удельная максимальная эквивалентная доза (Звсм2/частиц), значения которой для различных видов излучений приведены в НРБ-99.


Таблица 1.2 - Значения ПГП и ДК для 89Sr


ПГП, Бк/год

ДК, Бк/л

Через органы дыхания

через органы пищеварения


в атмосфере


в воде

2,55105

3,55105

3,4810-2

4,44102


На человека могут воздействовать несколько радионуклидов и источников ИИ, создавая внешнее и внутреннее облучение. В этом случае для каждого критического органа должно соблюдаться условие:

,

где НМ - максимальная эквивалентная доза внешнего источника облучения; Пj, Пк – среднегодовые поступления соответственно j-го радионуклида в органы дыхания и к-го радионуклида с рационом (пищевым).

Должно также соблюдаться аналогичное условие для среднегодовой мощности максимальной дозы и среднегодовых концентраций Cj, Ck радионуклидов в воздухе и в рационе:

.

При аварийных ситуациях однократное внешнее переоблучение человека при дозе свыше 5ПДД или однократное поступление в организм радионуклидов свыше 5ПДП (предел допустимого поступления) рассматривается как потенциально опасное и должно быть медицински освидетельствовано.

Основные мероприятия по защите населения: всемерное огра-ничение поступления в окружающую атмосферу, воду, почву отходов, содержащих радионуклиды, и зонирование территории за пределами промышленного предприятия введением С33 и зоны наблюдения 11, 12.

Для предприятий атомной промышленности и ядерной энергетики СЗ3 устанавливается специальными нормативными актами. Минимальное расстояние АЭС от города с населением 300 тыс. чел. и более должно составлять не менее 25 км, 500 тыс. чел. и более – не менее 40 км.

Защита населения и окружающей среды от действия источников ИИ достигается соблюдением требований ОСПОРБ - 99. Здесь регламен-тированы сбор, удаление и обезвреживание твёрдых и жидких ради-оактивных отходов (РАО) и основные требования к проектированию и применению пылегазоочистки выбросов в атмосферу от радионуклидов.

Жидкие, газообразные и твёрдые РАО делятся на слабо - , средне – и высокоактивные.

Слабоактивные (удельная активность А  3,7105 Бк/л) и среднеактивные (3,7105 Бк/лА3,71010 Бк/л) жидкие РАО подвергаются очистке и сбрасываются в окружающую среду, высокоактивные (А 3,71010 Бк/л) направляются на хранение, а после переработки - на захоронение.

На предприятиях допускается сброс радиоактивных сточных вод с концентрацией радионуклидов, превышающей ДКБ. Но это превышение не должно быть больше десятикратного и при условии, что в коллекторе стоков предприятия обеспечивается десятикратное, по меньшей мере, их разбавление нерадиоактивными стоками предприятия, а суммарный сброс радиоактивных веществ в водоём не превышает установленного предельно допустимого сброса. Допустимые сбросы жидких РАО в водоёмы согласуются с органами Госсаннадзора.

Запрещено удаление жидких РАО всех категорий в колодцы, скважины, поглощающие ямы, поля орошения и фильтрации, системы подземного орошения, а также в пруды, озёра и водохранилища, предназначенные для разведения рыбы и водоплавающей птицы.

При невозможности разбавления, а также при малых количествах (менее 200 л/сут.) жидкие РАО собираются в специальные ёмкости для последующего удаления на пункт захоронения РАО. Если образуется более 200 л/сут., необходима специальная канализация с очистными сооружениями и с возможным повторным использованием в технологических целях. Очистка основывается на известных методах, но во многих случаях представляет самостоятельную задачу 30. Так, сбросные воды установок для облучения резины, фторопластов, древесины и т.п., где применяется 60Со, содержащийся в воде, очищают по следующей схеме: осветление воды (от микродисперсной взвеси) производится на механических фильтрах, имеющих целлюлозно-тканевую насадку; дезактивация осуществляется ионообменными фильтрами: катионитовыми (КУ-2-8) и анионитовыми (АН-2ФГ, АН-18-16, АН-31).

Твёрдые РАО по ОСП-72/87 считаются радиоактивными, если их удельная активность больше 7,4103 Бк/кг для источников -излучения (для трансурановых элементов 3,7102 Бк/кг); 7,4104 Бк/кг для источников

-излучения; 110-7 г-экв.радия/кг для источников -излучения.

Если удельная активность твёрдых отходов ниже приведённых значений, то их удаляют с обычным мусором на захоронение. Если твёрдые РАО имеют повышенную удельную активность и содержат короткоживущие нуклиды с периодом полураспада менее 15 сут., то перед захоронением их необходимо выдерживать в специальных контейнерах до необходимого снижения активности.

Сбор твёрдых РАО должен производиться на местах их образования отдельно от обычного мусора и раздельно, с учётом их природы (неорганические, органические, биологические), периода полураспада (до 15 сут., более 15 сут.), взрывопожароопасности, методов переработки РАО.

Остатки от переработки облучённого топлива, источники излучения, ионитные смолы, использованное оборудование и т.п. подлежат захоронению. Фильтры и обтирочный материал предварительно сжигаются, остатки от сжигания подвергаются захоронению. Удаление РАО производится на специальных пунктах захоронения в контейнерах. Мощность дозы излучения на расстоянии 1м от сборника с РАО не должна превосходить 0,1 мЗв/ч. Уровни загрязнения наружных поверхностей транспортных контейнеров и их тары  - частицами не должны превосходить, соответственно, 2000 и 200 частиц/(см2мин.).

Транспортировка РАО к местам захоронения осуществляется на специально оборудованных автомашинах с крытым кузовом или цистерной (для жидких РАО), автомашины и сменные сборники после каждого рейса должны быть дезактивированы.

Если для захоронения низкоактивных РАО допускается использо-вание резервуаров и траншей, то для средне- и высокоактивных РАО предусматривается их захоронение в отвержденном состоянии в подземных хранилищах на глубине 300…1000 м. Из-за больших тепло-выделений РАО и опасности взрывов такое захоронение не всегда возможно. Проблема захоронения РАО ещё не нашла своего надёжного решения.

По рекомендациям МАГАТЭ низкоактивные радиоактивные пылегазовые выбросы (А  3,7 Бк/м3) могут не подвергаться очистке и рассеиваются в окружающей среде через трубы, высота которых обеспечивает соблюдение ДК.

Среднеактивные (3,7 Бк/м3  А  3,7104 Бк/м3) и высокоактивные РАО (А  3,7104 Бк/м3) подвергаются очистке пылеуловителями всех типов. Для улавливания высокодисперсных частиц используются фильтры различных конструкций с фильтроэлементами из материала ФПП – фильтры Петрянова 30. Шламы пылеочистки средне- и высокоактивных выбросов направляют на захоронение.


Таблица 1.3 - Основные характеристики приборов контроля за радиационной обстановкой

Тип при-бора

Измеряемая величина,

Пределы измерений

Диапазон энергий излучения,

МэВ

Основная погрешность измерения,

%

Питание прибора

ДРГ3-04

Экспозиционная доза,

мкР …10 ... 3104

Поглощённая доза,

мкрад …10 ... 3104

Мощность экспозиционной дозы, мкР/с …1 ... 3104

0,03 ... 3


1 ... 25


0,03 ... 3

 15


 15


 10

Сетевое


-«-


-«-

ДРГ-05

Мощность поглощённой дозы,

мкрад/с …1 ... 3103

Мощность экспозиционной дозы, мкР/с … 0,1 ... 1104

1 ... 25


0,04 ... 10


 10


 15


-«-


Акку-муля-торное

ДКС-04

Экспозиционная доза,

мР ... 0,1 ... 1104

Мощность экспозиционной дозы, мР/ч ...0,1 ... 150

Экспозиционная доза,

мР .............….......... 1,0 ... 1024

-«-


0,05 ... 3,0


-«-


«-


 25


«-


Акку-муля-торное


-«-



Для очистки вентиляционных выбросов и технологических сдувок от радиоактивных инертных газов (изотопы криптона, ксенона, аргон-41) используют адсорбционные колонны или газгольдеры. В последних короткоживущие радионуклиды (как правило, период их полураспада измеряется несколькими часами) снижают свою активность за счёт радиоактивного распада.

Методы радиационного контроля основаны на измерениях параметров ИИ с помощью дозиметрических приборов. Типы и параметры дозиметров устанавливают в зависимости от измеряемой величины и вида ИИ. В таблице 1.3 приведены основные характеристики приборов контроля за радиационной обстановкой 12.

В таблице 1.4 приведены основные характеристики приборов инди-видуального дозиметрического контроля.


Таблица 1.4 - Основные характеристики приборов индивидуального дозиметрического контроля

Тип дозиметра

Пределы измерений, Р

Диапазон энергий измеряемого излучения, МэВ

Основная погрешность, %

Размеры детектора, мм

ДК – 02

КИД – 2

КИД – 1

ИФК – 2,3

ИФКУ – 1

ИКС - А

0,01 ... 0,2

0,005 ... 1,0

0,02 ... 0,2

0,02 ... 2,0

0,05 ... 2,0

0,5 ... 1103

0,15 ... 2,0

0,15 ... 3,0

0,1 ... 3,0

0,1 ... 3,0

0,1 ... 1,25

0,05 ... 1,25

 15

 15

 10

 20

 25

 10

 13 х 114

 17 х 111

 15 х 113

60 х 40 х 6

67 х 33 х 16

 20 х 10


Глава 2. Защита окружающей среды от лектромагнитных (радиочастотных) загрязнений


^ 2.1 Естественный электромагнитный фон и связанные с ним процессы в живом веществе. Электромагнитное загрязне-ние биосферы


Многолетние наблюдения и результаты специальных экспериментов 12, 25 показывают, что электромагнитные поля (ЭМП) космического происхождения (например, ЭМП, возбуждаемые в земной атмосфере «солнечным ветром» – 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), составляющие естественный электро-магнитный 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 заболеваний. 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).

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 электри-ческой и магнитной составляющих ЭМП, плотность потока энергии ЭМП), и информационным (частотным и временным) характеристикам 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 инстенсивных техногенных ЭМП можно рассматривать как одномоментный скачок с пока неясными биологическими последствиями 24. Ряд исследователей относят ЭМП к числу сильнодействующих экологических факторов, 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 24. Во всяком случае, установлено, что техногенные ЭМП могут вызвать функци-ональные нарушения, иногда перерастающие в заболевания. Поэтому неизбежна и справедлива постановка вопроса об оптимизации электро-магнитных 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 ... 109Гц – 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 пара-магнитных эффектов, постоянное электрическое поле – поляризационных эффектов, переменное 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, электростанции 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 биосфере 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 электростатических 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).

Можно сказать, что мощный техногенный радиоволновой фон либо значительно сузил зону нормальной жизнедеятельности (толерантности) живого вещества (организмов), либо где-то даже «выдвигает» организмы из этой зоны. Это позволяет полагать электромагнитное (в данном случае – радиоволновое) загрязнение одним из основных экологических факторов антропогенного воздействия на биосферу.


^ 2.2 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 выступают 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 характеристикам 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 может 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 биологических структур (например, клеточных мембран). То есть, возможны последствия более тонкие, чем простое повышение темпера-туры, хотя экспериментальных свидетельств этого пока недостаточно.

Больше всего экспериментального материала относится к радио-частотному диапазону. Установлено, что плотности потока энергии больше 100 мВт/см2 ведут к тепловому повреждению и к развитию катаракты в глазу, при 10...100 мВт/см2 наблюдались изменения, обуслов-ленные термическим стрессом, включая аномалии у потомков, при 1 ... 10мВт/см2 отмечались изменения в иммунной системе. В диапазоне от 100 до 1 мкВт/см2 достоверно не установлено почти никаких последствий.

Имеются данные о том, что рабочие, длительно работающие в условиях воздействия микроволн, или живущие рядом 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 действия 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 головные 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 воздействии 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 (гиперфункция щитовидной железы, нарушение функции половых желёз).


^ 2.3 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 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 нормирования 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 бионарушения связаны с повышением температуры тела, особенно нагреваются бессосудистые органы: хрус-талик (последствия-катаракта), семенники (импотенция) и т.д., нару-шаются также обменные процессы в центральной нервной системе;

3) тяжесть биоповреждений при воздействии 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 запредельного торможения (см. начало раздела 4). Так, для излучения с  = 10 см такие нарушения установлены при   1000 мкВт/см2. Взяв коэффициент запаса, равный 10, можно определить, таким образом, предельно допустимый уровень (ПДУ) = 100 мкВт/см2.

Согласно СанПиН 2.2.4.1191 – 03, определяющих нормирование ЭМП в производственных условиях для диапазона 10 кГц…300 ГГц ПДУ определяется по формуле:

, (1)

где W – нормированное значение допустимой энергетической нагрузки (по 31 - энергетической экспозиции); W = 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 рентгеновского 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, W = 2000 мкВтч/см2, для t = 0,1 час величина ПДУ = 2000 (мкВтч/см2)/0,1ч. = 20000 мкВт/см2, но этот уровень СВЧ-поля недопустим, так как он ограничен величиной 1000 мкВт/см2.


Таблица 5 - Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

^

Диапазон частот


По электри-ческой сос-тавляющей

ЭЭэ ПДУ, (В/м)2 ·ч

По магнитной 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 разработаны



200




Скачать 0,97 Mb.
оставить комментарий
страница1/4
В.Ф. Панина
Дата30.09.2011
Размер0,97 Mb.
ТипКонспект, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх