Дія іонізуючого випромінювання на організм людини

При вивченні дії іонізуючого випромінювання на організм людини були виявлені наступні особливості.

1. У людини відсутні органи чуття, що реагують на іонізуюче випромінювання, тому його дія на організм людини відбувається непомітно.

2. Висока ефективність поглинутої енергії. Навіть невелика кількість поглинутої енергії іонізуючого випромінювання може спричинити суттєві біологічні зміни в організмі людини.

3. Наявність прихованого (інкубаційного) періоду виявлення дії іонізуючого випромінювання. Цей період, який ще часто називають періодом уявного благополуччя, тим менший, чим вища доза опромінення.

4. Дія малих доз іонізуючого випромінювання може накопичуватись (кумулятивний ефект).

5. Іонізуюче випромінювання діє не лише безпосередньо на людину, а й на її потомство (генетичний ефект).

6. Різні органи організму людини мають різну чутливість до іонізуючого випромінювання (табл. 2.16).

7. Ступінь дії іонізуючого випромінювання залежить від індивідуальних особливостей організму людини.

8. Наслідки опромінення істотно залежать від його дози та частоти. Одноразова дія іонізуючого випромінювання великої дози зумовлює більші зміни в організмі людини, ніж його фракціонована дія.

9. Залежно від еквівалентної дози опромінення та індивідуальних особливостей людини зміни в її організмі можуть набути незворотного характеру.

Таблиця 2.16. Коефіцієнти радіаційного ризику Кр різних органів (тканин) при рівномірному опроміненні всього організму людини

Дія іонізуючого випромінювання на організм людини може бути зовнішньою, внутрішньою (якщо радіоактивна речовина потрапила в організм людини при вдиханні чи з їжею) та комбінованою. Ступінь радіаційного ураження залежить від виду випромінювання, тривалості та дози опромінення, фізико-хімічних властивостей радіоактивної речовини та індивідуальних особливостей організму людини.

Іонізуюче випромінювання, проникаючи в організм людини, передає свою енергію органам та тканинам шляхом збудження та іонізації атомів і молекул, що входять до складу клітин організму. Це веде до зміни хімічної структури різноманітних з'єднань, що призводить до порушення біологічних процесів, обміну речовин, функції кровотворних органів, змін у складі крові тощо. Радіаційні ураження можуть бути загальними та місцевими (променеві опіки шкіри, слизових оболонок і т. ін.).

У табл. 2.17 наведено характерні біологічні та функціональні порушення в організмі людини залежно від сумарної поглинутої дози при одноразовому загальному опроміненні:

Таблиця 2.17. Характерні порушення в організмі людини залежно від сумарної поглинутої дози при одноразовому загальному опроміненні

Тривала дія іонізуючого випромінювання в дозах, що перевищують гранично допустимі, може спричинити променеву хворобу, яка характеризується зазвичай такими ознаками: порушення сну, погіршення апетиту, сухість шкіри (перша стадія); розлади органів травлення, порушення обміну речовин, зміни серцево-судинної системи, руйнування кровоносних судин (друга стадія); крововиливи в судинах мозку та серцевому м'язі, випадіння волосся, катаракта, порушення діяльності статевих органів, генетичні порушення (третя стадія).

Норми радіаційної безпеки

Допустимі дози іонізуючого випромінювання регламентуються Нормами радіаційної безпеки України (НРБУ-97). Згідно з цим нормативним документом визначені наступні категорії опромінюваних осіб:

- категорія А - особи, що постійно чи тимчасово працюють з джерелами іонізуючого випромінювання;

- категорія Б - обмежена частина населення (особи, що не працюють безпосередньо з джерелами випромінювання, але за умовами проживання або розташування робочих місць можуть підлягати опроміненню); - категорія В - населення області, країни.

За ступенем чутливості до іонізуючого випромінювання встановлено три групи критичних органів (тканин) організму, опромінення яких спричинює найбільшу шкоду здоров'ю людини:

І - усе тіло, статеві органи, червоний кістковий мозок; II - щитоподібна залоза, м'язи, жирова тканина, печінка, нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені, кришталик ока; III - кісткова тканина, шкіра, кисті, передпліччя, литки, стопи. Залежно від групи критичних органів для осіб категорії А встановлено гранично допустиму дозу (ГДД) за рік, а для осіб категорії Б - границю дози (ГД) за рік (табл. 2.18)

Таблиця 2.18. Дози опромінення для різних груп критичних органів осіб категорії А та Б, мЗв/рік

Еквівалентна доза Н (бер) накопичення в критичному органі за період Т (років) від початку професійної роботи не повинна перевищувати значень, що визначаються за формулою:

Для населення (категорії В) доза опромінення не регламентується, оскільки передбачається, що воно відбувається переважно за рахунок природного фону та рентгенодіагностики, дози яких незначні й не можуть спричинити в організмі відчутних несприятливих змін.

 

7. Захист від іонізуючого випромінювання

Умови безпеки при використанні радіоактивних ізотопів у промисловості передбачають розробку комплексу захисних заходів та засобів не лише стосовно осіб, які безпосередньо працюють з радіоактивними речовинами, але й тих, хто знаходиться у суміжних приміщеннях, а також населення, що проживає поруч з небезпечним підприємством (об'єктом). Засоби та заходи захисту від іонізуючого випромінювання поділяються на: організаційні, технічні, санітарно-гігієнічні та лікувально-профілактичні.

Організаційні заходи від іонізуючого випромінювання передбачають забезпечення виконання вимог норм радіаційної безпеки. Приміщення, які призначені для роботи з радіоактивними ізотопами повинні бути ізольовані від інших і мати спеціально оброблені стіни, стелі, підлоги. Відкриті джерела випромінювання і всі предмети, які опромінюються повинні знаходитись в обмеженій зоні, перебування в якій дозволяється персоналу у виняткових випадках, та й то короткочасно. На контейнери, устаткування, двері приміщень та інші об'єкти наноситься попереджувальний знак радіаційної небезпеки (на жовтому фоні - чорний схематичний трилисник).

На підприємствах складаються та затверджуються інструкції з охорони праці, у яких зазначено порядок та правила безпечного виконання робіт. Для проведення робіт необхідно, за можливістю, обирати якнайменшу достатню кількість ізотопів ("захист кількістю"). Застосування приладів більшої точності дає можливість використовувати ізотопи з меншою активністю ("захист якістю"). Необхідно також організувати дозиметричний контроль та своєчасне збирання і видалення радіоактивних відходів із приміщень у спеціальних контейнерах.

До технічних заходів та засобів захисту від іонізуючого випромінювання належать: застосування автоматизованого устаткування з дистанційним керуванням; використання витяжних шаф, камер, боксів, що оснащені спеціальними маніпуляторами, які копіюють рухи рук людини; встановлення захисних екранів.

Санітарно-гігієнічні заходи передбачають: забезпечення чистоти приміщень, включаючи щоденне вологе прибирання; улаштування припливно-витяжної вентиляції з щонайменше п'ятиразовим повітрообміном; дотримання норм особистої гігієни, застосування засобів індивідуального захисту.

До лікувально-профілактичних заходів належать: попередній та періодичні медогляди осіб, які працюють з радіоактивними речовинами; встановлення раціональних режимів праці та відпочинку; використання радіопротекторів - хімічних речовин, що підвищують стійкість організму до іонізуючого опромінення.

Захист працівника від негативного впливу джерела зовнішнього іонізуючого випромінювання досягається шляхом:

- зниження потужності джерела випромінювання до мінімально необхідної величини ("захист кількістю");

- збільшення відстані між джерелом випромінювання та працівником ("захист відстанню");

- зменшення тривалості роботи в зоні випромінювання ("захист часом");

- встановлення між джерелом випромінювання та працівником захисного екрана ("захист екраном").

Захисні екрани мають різну конструкцію і можуть бути стаціонарними, пересувними, розбірними та настільними. Вибір матеріалу для екрана та його товщина залежать від виду іонізуючого випромінювання, його рівня та тривалості роботи.

Для захисту від альфа-випромінювання немає необхідності розраховувати товщину екрана, оскільки завдяки малій проникній здатності цього випромінювання шар повітря в кілька сантиметрів, гумові рукавички вже забезпечують достатній захист.

Екран для захисту від бета-випромінювання виготовляють із матеріалів з невеликою атомною масою (плексиглас, алюміній, скло) для запобігання утворенню гальмівного випромінювання. Досить ефективними є двошарові екрани: з боку джерела випромінювання розташовують матеріал з малою атомною масою товщиною, що дорівнює довжині пробігу бета-частинок, а за ним - з більшою атомною масою (для поглинання гальмівного випромінювання).

Для захисту від гамма-випромінювання, яке характеризується значною проникною здатністю, застосовуються екрани із матеріалів, що мають велику атомну масу (свинець, чавун, бетон, баритобетон). Товщину захисного екрана від гамма-випромінювання сіу (см) наближено можна визначити за формулою:

де Іу - коефіцієнт лінійного послаблення; И - кратність послаблення (відношення дози випромінювання без захисту до гранично допустимої дози).

На практиці для визначення товщини захисного екрана часто використовують спеціальні таблиці, чи монограми (рис. 2.40).

Захист від внутрішнього опромінення досягається шляхом виключення безпосереднього контакту з радіоактивними речовинами у відкритому вигляді та запобігання потраплянню їх у повітря робочої зони.

При роботі з радіоактивними речовинами важливе значення має застосування засобів індивідуального захисту, які запобігають потраплянню радіоактивних забруднень на шкіру та всередину організму, а також захищають від альфа- та, по можливості, від бета-випромінювання.

До засобів індивідуального захисту від іонізуючого випромінювання належать: халати, костюми, пневмокостюми, шапочки, гумові рукавички, тапочки, бахіли, засоби захисту органів дихання та ін. Застосування тих чи інших засобів індивідуального захисту залежить від виду і класу робіт. Так, у разі виконання ремонтних і аварійних робіт застосовуються засоби індивідуального захисту короткочасного використання - ізолювальні костюми (пневмокостюми) шлангові чи з автономним

джерелом подавання повітря до органів дихання, захисні скафандри тощо. Як правило, такі костюми та скафандри мають просвинцьований захисний шар, що надійно захищає тіло людини від іонізуючого випромінювання, навіть при незначній товщині цього шару.

 

Шум та його види

У сучасному світі в умовах науково-технічного прогресу шум став одним із суттєвих несприятливих чинників, що впливають на людину. Ріст потужностей сучасного устаткування, машин, побутової техніки, швидкий розвиток усіх видів транспорту призвели до того, що людина на виробництві та в побуті постійно знаходиться під впливом шумів досить високої інтенсивності. Шум буває: механічного походження, який виникає внаслідок вібрації при роботі механізмів та устаткування, а також поодиноких чи періодичних ударів у з'єднаннях деталей та конструкцій; аеродинамічного походження, який виникає при подачі газу чи повітря по трубопроводах, вентиляційних системах, або їх стравлюванні в атмосферу; гідродинамічного походження, який виникає внаслідок процесів, що відбуваються у рідинах (гідравлічні удари, кавітація, турбулентність потоку); електромагнітного походження, який виникає внаслідок коливання елементів електромеханічних пристроїв під впливом змінних магнітних полів.

Шум у виробничих умовах негативно впливає на працівника: послаблює увагу, посилює розвиток втоми, сповільнює реакцію на небезпеку. Внаслідок цього знижується працездатність та підвищується імовірність нещасних випадків. Тому питання боротьби з шумом на сьогоднішній день є актуальним майже для всіх галузей виробництва.

Фізичні характеристики шуму

Для успішної боротьби з шумом необхідно знати його фізичні характеристики, закономірності виникнення та поширення. Шумом прийнято вважати звуки, які негативно впливають на організм людини, заважають його роботі та відпочинку. Тому шум часто називають несприятливим звуком. Зазвичай шум створюється при хаотичному чергуванні звуків різної частоти та інтенсивності. Звук як фізичне явище являє собою коливальний рух, що поширюється хвилеподібно у пружному середовищі (газоподібному, рідинному чи твердому). Звук, а значить і шум, характеризується: швидкістю с (м/с); частотою / (Гц); звуковим тиском р (Па); інтенсивністю / (Вт/м2).

Швидкість звуку залежить від характеристики середовища, в якому поширюється звукова хвиля. У газоподібному середовищі швидкість звуку дорівнює

де х - показник адіабати (х = 1,44); Р, р - тиск та густина газу (відповідно).

За нормальних атмосферних умов (Т = 293 К та Р= 1034 гПа) швидкість звуку в повітрі дорівнює с = 344 м/с.

Частота звуку визначається кількістю коливань пружного середовища за одиницю часу і вимірюється в герцах (1 Гц - це одне коливання за секунду). За частотою звукові (акустичні) коливання поділяються на три діапазони: інфразвукові з частотою коливання менше ніж 20 Гц; звукові (сприймаються органом слуху людини) від 20 до 20 000 Гц; ультразвукові - понад 20 000 Гц. У свою чергу, звуковий діапазон прийнято поділяти на низькочастотний - до 400 Гц, середньочастотний - 400-1000 Гц, високочастотний - понад 1000 Гц.

Звук, що поширюється у повітряному середовищі, називається повітряним звуком, а в твердих тілах - структурним. Повітряний простір, в якому поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем. У результаті коливань, що генеруються джерелом звуку, в повітрі виникає звуковий тиск, який накладається на атмосферний. Різницю між атмосферним тиском і значенням явного тиску в даній точці звукового поля прийнято вважати звуковим типом (р). Поширення звукової хвилі супроводжується перенесенням звукової дії. Середній потік звукової енергії в будь-якій точці середовища за одинцю часу, віднесений до одиниці поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення хвилі, називається інтенсивністю, або силою звуку, в даній точці / і вимірюється у Вт/м2. Співвідношення між інтенсивністю звуку / та звуковим тиском р має вигляд:

де р та с - відповідно густина та швидкість звуку в даному середовищі.

Виділяють два порогових значення звукового тиску та інтенсивності звуку. Мінімальні значення звукового тиску та інтенсивності звуку, які сприймаються органом слуху людини як звук, називаються порогом чутності. При частоті звуку /= 1000 Гц, яка прийнята базовою в акустиці, поріг чутності має наступні значення: р0 = 2 o 10~5 Н/м2, /0 = 10"12 Вт/м2. Звуковий тиск (рб = 20 Н/м2) та інтенсивність звуку (/0 = 1 Вт/м2), при яких починають виникати больові відчуття в органі слуху людини, називаються порогом больового відчуття. Великий діапазон значень між порогами чутності та больового відчуття (за звуковим тиском - 106, а за інтенсивністю звуку - 1012) спричинював чималі труднощі при їх практичному використанні. Тому від абсолютних значень параметрів звуку р та І перейшли до відносних значень - рівнів (Ь), застосувавши при цьому логарифмічну шкалу:

Л9 І, р - відповідно інтенсивність звуку та звуковий тиск у даній точці; /0, рф - інтенсивність звуку та звуковий тиск на порозі чутності.

У середині XIX ст. німецький фізик Г. Т. Фехнер вивів закон сприйняття, згідно з яким величина відчування органів чуття людини, в тому числі й чутності, пропорційна логарифму величини подразнення. Отже, рівень звуку оцінюється за логарифмічною шкалою не випадково.

Одиниця рівня сили звуку - бел (Б), прийнята на честь фізика О. Г. Белла (1847-1922 рр.), який вважається винахідником телефону. Оскільки орган слуху людини спроможний розрізняти зміни рівня сили звуку на 0,1 В, то на практиці за одиницю рівня сили звуку зазвичай обирають децибел (дВ) - десяту частину бела:

Підставимо у формулу (2.31) замість / значення /0 та /6. Тоді інтервал від порогу чутності до порогу больового відчуття становитиме 120 дБ, що значно зручніше для практичного використання.

Наближені рівні сили звуку (шуму) від деяких джерел, що його генерують, наведені в табл. 2.7:

У приміщеннях, в яких знаходяться кілька джерел шуму, загальний його рівень визначається за формулами (2.32) та (2.33).

Якщо в приміщенні знаходиться п однакових джерел з рівнем шуму кожного Ь, то сумарний рівень Ьг у рівновіддаленій від джерел точці приміщення становитиме:

Значення 10 І£я наведені в табл. 2.8.

При одночасній дії двох різних джерел з рівнями сили шуму І та Ь2 сумарний рівень становить:

ДЄ/' ~ більший із двох Рівнів сили "W! ДЬ ~ значення добавки, що визначається за табл. 2.9.

При більшому ніж 2 числі джерел шуму підсумовування за формулою (2.33) здійснюється послідовно від найбільшого до найменшого. Якщо різниця рівнів сили шуму двох джерел є більшою, ніж 6-8 дБ, то рівнем сили шуму меншого з них можна знехтувати.

Сприйняття звуку органом слуху людини залежить не лише від його кількісних характеристик (звукового тиску чи інтенсивності), але й від його "якості" (частоти). Тому рівень сили звуку (шуму) та гучність - це різні поняття. Рівень сили звуку визначає лише фізичну величину сили звуку незалежно від його частотної характеристики. Рівень гучності враховує ще й фізіологічні особливості сприйняття, тобто різну чутливість органа слуху до звуків різної частоти. Наше вухо найбільш чутливе До звуків частотою 2000-4000 Гц.

Рівень гучності визначається шляхом порівняння зі звуком частотою 1000 Гц, для якого рівень сили звуку в децибелах прийнято за рівень гучності у фонах. Залежність фізіологічного сприйняття гучності від рівня сили та частоти звуку наведено на рис. 2.33, на якому видно, що найбільша різниця між значеннями, що виміряні в децибелах та у фонах, спостерігається в області низьких частот. Наприклад, при рівні сили звуку 50 дБ і частоті 1000 Гц рівень гучності звуку також дорівнює 50 фон, що відповідає гучності розмови на відстані 1 м. При частоті ж 50 Гц цей звук навряд можна було б почути.

У ділянці низьких частот рівень гучності звуку змінюється значно швидше, ніж рівень сили звуку. В міру зростання сили звуку криві рівної гучності все більше наближаються до прямої лінії, а при рівнях понад 80 фон чутність звуку визначається практично лише його силою, незалежно від частоти.

Інфразвук

Інфразвук - це коливання в пружному середовищі, що мають однакову з шумом фізичну природу, але поширюються з частотою меншою за 20 Гц. Основними джерелами інфразвуку на виробництві є тихохідні масивні установки та механізми (вентилятори, поршневі компресори, турбіни, електроприводи та ін.), що здійснюють обертові та зворотно-поступальні рухи з повторенням циклу менше, ніж 20 разів за секунду (інфразвук механічного походження). Інфразвук аеродинамічного походження виникає при турбулентних процесах у потоках газів чи рідин.

Хоча людина і не чує інфразвуку, він чинить несприятливий вплив на весь організм людини, в тому числі й на орган слуху, знижуючи його рівень чутності практично на всьому частотному діапазоні звукових хвиль. Інфразвукові коливання сприймаються людиною як фізичне навантаження, що зумовлює передчасне втомлення, запаморочення, біль голови, порушення функції вестибулярного апарату, зниження гостроти зору та слуху, появу відчуття страху, загальну немічність. Медики виявили, що інфразвук може також впливати і на психіку людини.

Несприятливий вплив інфразвуку суттєво залежить від рівня звукового тиску, тривалості впливу та діапазону частот. Найбільш небезпечною вважається частота інфразвукових коливань близько 7 Гц, оскільки вона збігається з альфа-ритмом біострумів мозку і може спричинити резонансні явища.

Інфразвук поділяють на постійний і непостійний. У першого рівень звукового тиску змінюється не більше 10 дБ за 1 хв, а у другого - понад 10 дБ за 1 хв. Відповідно до ДСНу 3.3.6.037-99 характеристиками інфразвуку, що нормуються на робочих місцях, є рівні звукового тиску в октавних смугах частот з середньогеометричними частотами 2, 4, 8 і 16 Гц (для постійного інфразвуку) та загальний еквівалентний рівень звукового тиску за шкалою "Лінійна" шумоміра в дБл1и (для непостійного інфразвуку). Допустимі рівні інфразвуку наведені в табл. 2.12:

Таблиця 2.12. Допустимі рівні інфразвуку

Традиційні методи боротьби з шумом, засновані на звукоізоляції та звукопоглинанні, є малоефективними щодо інфразвуку, оскільки останній має значно вищу проникну здатність. Тому необхідно, перш за все, домогтися усунення або зниження рівня інфразвуку в джерелі, що його генерує. Для цього підвищують циклічність устаткування (понад 20 ц/с), жорсткість коливних конструкцій великих розмірів, установлюють глушники реактивного типу тощо.

Ультразвук

Ультразвук широко використовується в багатьох галузях промисловості для інтенсифікації процесів хімічного травлення, нанесення металевого покриття, очищення, змивання та знежирення деталей і виробів, дефектоскопії (оцінка якості зварних швів, структури сплаву) та ін.

Ультразвук, так само як і інфразвук, орган слуху людини не сприймає, однак він може спричиняти біль голови, загальну втому, розлади серцево-судинної та нервової систем.

За способом передачі від джерела до людини ультразвук поділяють на: повітряний (передається через повітря) та контактний (передається на руки людини, що працює через тверде чи рідинне середовище).

За спектром ультразвук поділяють на: низькочастотний (коливання частотою від 1,2 o 104 до 1,0 o 106 Гц передаються людині повітряним чи контактним шляхом) та високочастотний (коливання частотою від 1,0 * 105 до 1,0 o 109 Гц передаються людині тільки контактним шляхом).

Параметрами повітряного ультразвуку, що нормуються у робочій зоні, е рівні звукового тиску в третинооктавних смугах з середньогеометричними частотами 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 63,0; 80,0;100,0 кГц. Для контактного ультразвуку параметром, що нормується, є пікове значення віброшвидкості в частотному діапазоні від 0,1 МГц до 10,0 МГц або його логарифмічний рівень. Допускається також застосовувати як параметр інтенсивність ультразвуку.

Допустимі величини параметрів ультразвуку наведені в табл. 2.13 та 2.14.

Таблиця 2.13. Допустимі рівні звукового тиску на робочих місцях від ультразвукових установок

Таблиця 2.14. Допустимі величини параметрів ультразвуку в зонах, призначених для контакту рук оператора з робочими органами приладів та устаткування (при 8-годинному робочому дні)

Робота ультразвукових установок на більш високих частотах, для яких допустимі рівні звукового тиску, є вищими, а також застосування засобів звукоізоляції (звукоізоляційні кожухи, захисні екрани, звукоізольовані кабіни, розміщення ультразвукового устаткування в окремому звукоізольованому приміщенні) забезпечують захист від ультразвуку, який передається через повітря.

Для унеможливлення впливу контактного ультразвуку роботи з коливними рідинними середовищами (завантаження, вивантаження) необхідно проводити при вимкненому джерелі ультразвуку або використовувати для цього спеціальні інструменти, що мають ручки з еластичним покриттям, наприклад, гумовим. Як засоби індивідуального захисту використовують протишумові навушники (дія через повітря) та двошарові рукавички із зовнішнім гумовим шаром (контактна дія).