Ионизирующиеполя и излучения: опасность, оценка, технические средства защиты. Безопасныетехнологии
1.Электростатические поля и загрязнение биосферы
Статическое электричество — это процессобразования, сохранения и разделения свободного электрического заряда наповерхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ и материаловили на изолированных проводниках.
Экспериментально установлено, чтоположительные заряды скапливаются на поверхности того из двух соприкасающихся веществ,диэлектрическая проницаемость которого больше. Если соприкасающиеся веществаимеют одинаковую диэлектрическую проницаемость, то электрические заряды невозникают.
При статической электризации напряжение относительно Земли достигает десятков, аиногда и сотен тысяч вольт. Значения токов при явлениях статической электризации составляют доли ампера.
Явление статической электризациинаблюдается в следующих основных случаях: в потоке и при разбрызгиваниижидкостей; в струе газа или пара; при соприкосновении и последующем разделениидвух твердых разнородных тел. Эти случаи являются базовыми для таких технологическихпроцессов, как сушка в кипящем слое, пневмосушка и пневмотранспорт газов, парови пыли, размол, дробление и рассев, слив, налив, перекачка, размешивание ифильтрование электризующихся жидкостей, подача мономеров илегковоспламеняющихся жидкостей в полимеризаторы и др. Опасность возникновениястатического электричества проявляется в возможности образования электрическойискры и вредном действии его на организм человека, причем не только принепосредственном контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поляЕ, возникающего вокруг заряженных поверхностей. У людей, работающих в зоневоздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: нараздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Легкие«уколы» и «пощипывания» при работе с сильно наэлектризованными материаламинегативно влияют на психику рабочих, а в определенных ситуациях могут вызватьшоковое состояние. При постоянном прохождении через тело человека малых токовэлектризации возможны неблагоприятные физиологические изменения в организме,приводящие к профзаболеваниям.
Вследствие этого в соответствии с введеныдопустимые уровни напряженности электростатических полей Епред,-Данный уровень устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 ч. Для Е
/>
где Ефакт — фактическое значение напряженностиполя, кВ/м.
Основная величина, характеризующаяспособность различных материалов проводить ток, а также определяющая ихспособность к электризации
— удельное электрическое сопротивление р.
В соответствии с все вещества иматериалы в зависимости от величины р подразделяются на диэлектрические,антистатические и электропроводящие. В соответствии с этими Правилами pv и р5 должны указываться втехнологическом регламенте, а также в исходных данных при проектировании любоготехнологического процесса. Для практических целей необходимо брать ихмаксимальные значения или определять экспериментально для каждого конкретногопродукта.
Меры защиты от статическогоэлектричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядовстатического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранениеопасности их вредного воздействия.
Основные методы и средства защиты отстатического электричества представлены на р и с. 1.
2.Радиационное излучение и загрязнение биосферы
Введение в радиоэкологию
Среди опасностей, угрожающих человеку, особо необходимо выделить ионизирующуюрадиацию, в частности, техногенную составляющую. Главными источникамиионизирующих излучений и радиоактивного загрязнения являются предприятияядерного топливного цикла: атомные станции; предприятия по изготовлениюядерного топлива; предприятия по переработке и захоронению радиоактивныхотходов; исследовательские ядерные реакторы, транспортные ядернохимическиеустановки и военные объекты. Сведений о влиянии радиоактивных осадков набиологические объекты пока недостаточно. Особенно много дискуссий и акцийпротеста возникает по поводу атомной энергетики. Обеспокоенность населениярезко обострилась после аварии на Чернобыльской АЭС.
Приводятся аргументы в пользу замедленияили приостановления развития ядерной энергетики на том основании, что на периоддо начала массового использования термоядерных реакторов хватит источников обычного топлива. Термоядерные реакторы относятпри этом к более экологически чистым системам, чем ЯЭУ — ядерные энергетическиеустановки.
Однако только атомная энергетика можетдать реальный выход из энерго-экологического тупика, возникающего при использованииосновных источников энергии: парниковый эффект, увеличение среднегодовойтемпературы на Земле, потребление кислорода из атмосферы и др. При деленииядерного горючего 80% образующейся энергии превращается в тепло, а 20%выделяется в виде радиоактивных излучений. Это радиоактивные изотопы в воде,продукты коррозии, осколки деления урана от цинка до гадолиния.
Действительно, ядерное топливо пригорении не потребляет кислород, а выделение углекислого газа происходит внебольших количествах на предприятиях при производстве урана. Следовательно, непроисходит усиления парникового эффекта в атмосфере и заметных климатическихизменений. Технология производства тепла и электроэнергии из ядерного топливахорошо разработана и экономически конкурентоспособна по сравнению стехнологиями на ископаемом топливе. Уникальной особенностью ядерного топливаявляется возможность его воспроизводства, то есть искусственная наработканового ядерного топлива в реакторе. Ядерные электростанции в нормальном режимепроизводства электроэнергии обеспечивают наибольшую экологическую чистоту. В тоже время они могут представлять огромную опасность для окружающей среды вслучае тяжелых аварий. Таким образом, ставится задача создания таких систем,которые не допускали бы возникновения тяжелых аварий и локализовали бы внутриаппарата последствия менее серьезных аварий. В свою очередь, все это заставляетразрабатывать новые конструкционные материалы и топливные композиции или искатьтехнические решения для расширения рабочих температурных интерваловсуществующих.
В отличие от других способов полученияэнергии в процессе работы ЯЭУ остаются экологически более опасные отходы в видевыгоревшего топлива с высокой долгоживущей радиоактивностью. Отсюда вытекаютзадачи по оптимизации топливного цикла ЯЭУ, способов переработки облученноготоплива и обращения с полученными при этом радиоактивными отходами.
О механизме излучений
Согласно определениям атомной физики ирадиоэкологии, атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиесяпо числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химическогоэлемента и называются изотопами. Ядра всех изотопов образуют группу «нуклидов».Большинство нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды.Сложные процессы, происходящие внутри атома, сопровождаются высвобождениемэнергии в виде излучения.Процесссамопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид — радионуклидом. Ионизирующее излучение делится на корпускулярное или фотонное.
Испускание ядром двух протонов и двухнейтронов — это а-излучение, испускание электронами -. Иными словами, а-частицыпредставляют собой поток ядер гелия. Их энергия лежит в пределах 3-9 МэВ.Пробег такой частицы в воздухе 8-9 см, а в мягких биологических тканях — десятки микронов, р-частицы — это поток электронов или позитронов, возникающихпри радиоактивном распаде. Их энергия находится в диапазоне 0,0005-3,5 МэВ.Ионизирующая способность ниже, а проникающая — выше, чем у а-частиц.Максимальный пробег в воздухе — 1,8 м, в тканях — 2,5 см. Гамма-лучи — результат высокочастотного электромагнитного излучения, возникающего в процессеядерного распада. Эти лучи обладают большой проникающей способностью и малымионизирующим действием. Энергия их лежит в пределах 0,01-3 МэВ.
Вышеуказанные излучения, таким образом,характеризуются ионизирующей и проникающей способностью. Эти свойства иопределяют их воздействие на биологические объекты.
Действие радиации на человека
Биологическое действие ионизирующегоизлучения заключается в том, что поглощенная энергия расходуется на разрывхимических связей и разрушение клеток живой ткани. Облучение кожи в зависимостиот величины дозы вызывает разной степени ожоги, а также может наноситьсерьезные отдаленные последствия: перерождение кровеносных сосудов,возникновение хронических язв и раковых опухолей со смертельным исходом через6-30 лет. Смертельная доза у-излучения считается равной 600±100 Р. Такназываемая смерть под лучом наступает при дозе около 200000 Р. Доказано, что облучениеможет иметь генетические последствия, вызывать мутации. При дозах внешнего облучения не более 25 бэр никаких изменений ворганизмах и тканях человека не наблюдается.
Некоторые сведения об эффектах внешнеговоздействия ионизирующих излучений приведены в табл.Условия облучения Доза (накопленная) или мощность дозы Эффект Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое — все виды Любая доза, отличная отО Увеличение риска отдаленных последствий и генетических нарушений Хроническое в течение ряда лет 0,1 Зв (10 бэр) в год и более Снижение неспецифической резистентности организма 0,5 Зв (50 бэр) в год и более Специфические проявления лучевого воздействия, снижение иммунореактивности, катаракта (при дозах более 30 бэр) Острое однократное 1,0 Зв (100 бэр) и более Острая лучевая болезнь разной степени тяжести 4,5 Зв (450 бэр) и более Острая лучевая болезнь со смертельным исходом у 50% облученных Пролонгированное, 1-2 месяца, на щитовидную железу 10,0 Зв (1000 бэр) и более
Гипофункция щитовидной железы, возрастание риска развития опухолей (аденом и рака) с вероятностью около 1x10"2
При внутреннем облучении опасны все видыизлучения, так как действуют непрерывно и практически на все органы.
Внутреннее облучение вызывается источниками, входящими всостав организма или попавшими в него с воздухом, водой или пищей, во много разопаснее, чем внешнее, при тех же количествах радионуклидов,так как:
1. Времяоблучения увеличивается и совпадает со временем пребывания радиоактивноговещества в организме; такие вещества, как 226Ra или 239Ри, из организмапрактически не выводятся, и облучение длится всю жизнь.
2. Дозаоблучения резко возрастает из-за бесконечно малого расстояния до ионизируемойткани.
3. Отсутствуетзащитное действие кожного покрова; а-частицы из полностью безопасных привнешнем облучении становятся наиболее опасными.
4. Нельзяиспользовать методы защиты, разработанные для внешнего облучения.
При внешнем облучении а- и р-частицыиз-за малой проникающей способности вызывают в основном поражения кожи, у-иэлучение может вызвать гибельорганизма при отсутствии внешних изменений кожных покровов.
Оценка и нормирование радиоактивногоизлучения
Для количественной оценки облучения населения и производственного персонала существуют следующие величины:активность радиоактивного вещества, поглощенная доза, эквивалентная доза,эффективная ожидаемая доза, эффективная доза, коллективная эффективная доза.
В соответствии с все население делитсяна 2 категории: 1. Персонал, непосредственно работающий систочниками излучения; 2. Всенаселение.
Персонал в свою очередь делится на 2группы: А — работающие с источниками излучения и Б — по условиям работы находящиеся в сфере их воздействия.
Для каждой категории облучаемых лицустановлено 3 класса нормативов: основные дозовые пределы, допустимые уровни иконтрольные уровни.