Допустимые уровни шума на рабочих местах

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

по дисциплине

«БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

Направление подготовки: 240900 «Биотехнология»

Специальность: 240901 «Биотехнология»

 

Форма обучения – очная

 

 

Тула 2010 г.

Методические указания к практическим занятиям составлены доц. Л.В. Котлеревской и обсуждены на заседании кафедры АОТиОС горно-строительного факультета

протокол № ___ от «__» __________ 2010 г.

Зав. кафедрой ______________________ Э.М. Соколов

 

 

Рабочая программа пересмотрена и утверждена на заседании кафедры

АОТ и ОС горно-строительного факультета

протокол № ___ от «____» _______________ 20___ г.

Зав. кафедрой ________________________ Соколов Э.М.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ОЦЕНКА УРОВНЕЙ ШУМА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ. РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ШУМА.

Цель работы: выработать знания у студентов по оценке шумового режима в помещениях, выбору и расчету средств защиту от шума

 

1. Основные теоретические сведения

Уровни шума в помещениях обусловлены акустическими характеристиками источников шума, их количеством и размещением, акустическими свойствами помещений.

Основными характеристиками, используемыми в практике борьбы с шумами, являются:

для источников шума – уровни звуковой мощности, L_P, дБ, на среднегеометрических частотах октавных полос 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

где Р – звуковая мощность источника, Вт; Р₀ – пороговая звуковая мощность, равная 10^-12 Вт;

для расчетных точек – уровни звукового давления, L_P, дБ, на тех же среднегеометрических частотах

где p – звуковое давление на рабочем месте, Па; p₀ – пороговое звуковое давление, равное 2^.10^-5, Па.

Оценка звукового режима помещения проводится на основе расчетов ожидаемых уровней звукового давления в расчетных точках и сравнения их с допустимыми по нормам значениям. В качестве мер по снижению шума в помещениях могут быть предусмотрены акустические средства, включающие звукопоглощающие облицовки ограждающих конструкций зданий, звукоизолирующие конструкции (звукоизолирующие ограждения, звукоизолирующие кожухи, кабины и др.)

В настоящей работе студентам предлагается выполнить акустический расчет:

ожидаемых уровней звукового давления в расчетной точке помещения;

звукоизолирующего ограждения, звукопоглощающей облицовки.

 

 

2. Задание к работе

 

Дано. В рабочем помещении длиной А м, шириной В м, и высотой Н м размещены источники шума – ИШ₁, ИШ₂,..., ИШ_n с уровнями звуковой мощности L₁, L₂,..., L_n (рис. 1). Источник шума ИШ₁ с заключен в кожух. В конце цеха находится помещение вспомогательных служб, которое отделено от основного цеха перегородкой с дверью площадью S_дв=2,5 м². Расчетная точка находится на расстоянии r_i от источников шума.

C A

 

 

РАССЧИТАТЬ:

1. Уровни звукового давления в расчетной точке – РТ, сравнить с допустимыми по нормам, определить требуемое снижение шума на рабочих местах. Расчеты проводить в соответствии с п. 3.1.

2. Звукоизолирующую способность перегородки и двери в ней, подобрать материал для перегородки и двери. Расчеты производить с соответствии с п. 3.2.

3. Звукоизолирующую способность кожуха для источника ИШ₁. Источник шума установлен на полу, размеры его в а плане – (a x b) м, высота – h м. Подобрать материал для кожуха. Расчеты проводить в соответствии с п. 3.3.

4. Снижение шума при установке на участке цеха звукопоглощающей облицовки. Расчеты проводить в соответствии с п. 3.4.

Акустические расчеты проводятся в восьми октавных полосах на среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Однако, в связи с повторяемостью и трудоемкостью, расчеты в практической работе студенты проводят не по всем частотам, а по указанию преподавателя (3 – 4 частоты).

 

3. Методика расчетов

 

3.1. Расчет ожидаемых уровней звукового давления в расчетной точке и требуемого снижения уровней шума.

 

Если в помещении находится несколько источников шума с разными уровнями излучаемой звуковой мощности, то уровни звукового давления для среднегеометрических частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц в расчетной точке следует определять по формуле

Здесь:

L – ожидаемые октавные уровни звукового давления в расчетной точке, дБ;

c - эмпирический поправочный коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения расстояния r от расчетной точки до акустического центра к максимальному габаритному размеру источника l_макс, рис. 2. Акустическим центром источника шума, расположенного на полу, является проекция его геометрического центра на горизонтальную плоскость;

D_i – 10^0,1L_Pi – определяется по табл. 1;

L_Рi – октавный уровень звуковой мощности источника шума, дБ;

F – фактор направленности; для источников с равномерным излучением принимается F=1;

S – площадь воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружающей источник и проходящей через расчетную точку. В расчетах принять S=2pr², где r – расстояние от расчетной точки до источника шума;

Y – коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, принимаемый по графику (рис. 3) в зависимости от отношения постоянной помещения B к площади ограждающих поверхностей помещения S_огр. (S_огр=S_пола+S_стен +S_{потолка});

B – постоянная помещения в октавных полосах частот, определяемая по формуле B=B₁₀₀₀ m, где B₁₀₀₀ – постоянная помещения на частоте 1000 Гц, м², определяемая в зависимости от объема и типа помещения на частоте 1000 Гц (табл.2); μ – частотный множитель, определяемый по табл.3.;

m- количество источников шума, ближайших к расчетной точке, для которых r_i < 5r_мин, где r_мин – расстояние от расчетной точки до акустического центра ближайшего к ней источника шума, м;

n – общее количество источников шума в помещении с учетом коэффициента одновременности их работы.

Рис. 2. График для определения коэффициента c

Рис. 3. График для определения коэффициента y

 

 

Таблица 1

Определение величины D_i=10^0,1Lp_i

Де- сят- ки	Единицы
	1^.10^3 1^.10^4 1^.10^5 1^.10^6 1^.10^7 1^.10^8 1^.10^9 1^.10^10 1^.10^11 1^.10^12	1,3^.10^3 1,3^.10^4 1,3^.10^5 1,3^.10^6 1,3^.10^7 1,3^.10^8 1,3^.10^9 1,3^.10^10 1,3^.10^11 1,3^.10^12	1,6^.10^3 1,6^.10^4 1,6^.10^5 1,6^.10^6 1,6^.10^7 1,6^.10^8 1,6^.10^9 1,6^.10^10 1,6^.10^11 1,6^.10^12	2^.10^3 2^.10^4 2^.10^5 2^.10^6 2^.10^7 2^.10^8 2^.10^9 2^.10^10 2^.10^11 2^.10^12	2,5^.10^3 2,5^.10^4 2,5^.10^5 2,5^.10^6 2,5^.10^7 2,5^.10^8 2,5^.10^9 2,5^.10^10 2,5^.10^11 2,5^.10^12	3,2^.10^3 3,2^.10^4 3,2^.10^5 3,2^.10^6 3,2^.10^7 3,2^.10^8 3,2^.10^9 3,2^.10^10 3,2^.10^11 3,2^.10^12	4^.10^3 4^.10^4 4^.10^5 4^.10^6 4^.10^7 4^.10^8 4^.10^9 4^.10^10 4^.10^11 4^.10^12	5^.10^3 5^.10^4 5^.10^5 5^.10^6 5^.10^7 5^.10^8 5^.10^9 5^.10^10 5^.10^11 5^.10^12	6,3^.10^3 6,3^.10^4 6,3^.10^5 6,3^.10^6 6,3^.10^7 6,3^.10^8 6,3^.10^9 6,3^.10^10 6,3^.10^11 6,3^.10^12	8^.10^3 8^.10^4 8^.10^5 8^.10^6 8^.10^7 8^.10^8 8^.10^9 8^.10^10 8^.10^11 8^.10^12

Примечание: при пользовании таблицей величину L_Pi следует округлять до целых значений децибел.

Пример. Найти величину D_i для L_i=89,5 дБ.

Решение: в столбце «Десятки» находим число 8, в строке «Единицы» находим число 9. Искомая величина D_i=8^.10⁸

 

Таблица 2

Значение постоянной помещения B₁₀₀₀

 

Характеристика помещения

B1000, м^2

С небольшим числом людей (металлообрабатывающие цехи, вентиляционные камеры, генераторные, машинные залы, испытательные стенды и т.п.). С жесткой мебелью и большим количеством людей или с небольшим количеством людей и мягкой мебелью (лаборатории, деревообрабатывающие цехи, кабинеты и т.п.). С большим количеством людей и мягкой мебелью (рабочие помещения зданий управления, залы конструкторских бюро, аудитории и т.п.) ПРИМЕЧАНИЕ. V – объем помещения

V/20   V/10     V/6

Таблица 3

Значение коэффициента m

Объем помещения, м^3	Значение m на среднегеометрических частотах октавных полос
V < 200 V = 200 – 1000 V > 1000	0,8 0,65 0,5	0,75 0,62 0,5	0,8 0,64 0,55	0,8 0,75 0,7	1,0 1,0 1,0	1,4 1,5 1,6	1,8 2,4 3,0	2,5 4,2 6,0

 

Требуемое снижение уровней звукового давления в расчетной точке для восьми октавных полос следует определять по формуле

где:

DL_треб – требуемое снижение уровней звукового давления, дБ;

L_расч – полученные расчетом октавные уровни звукового давления, дБ;

L_доп – допустимые по нормам октавные уровни звукового давления, дБ.

Допустимые уровни шума на рабочих местах принимаются в соответствии с ГОСТ 12.1.003.-83. «Шум. Общие требования безопасности.» (табл. 4).

 

Таблица 4

Варианты заданий уровней звуковой мощности источников шума.

 

Вариант	Номер источников шума из табл. 11	Вариант	Номер источников шума из табл. 11
	27*, 1, 2, 3, 4 28*, 5, 6, 7, 8 26*, 9, 10, 11, 12 30*, 13, 14, 15, 23 31*, 17, 18, 19, 24 25*, 16, 20, 21, 25 33*, 1, 5, 9, 13 32*, 2, 6, 17, 21 27*, 10,14, 18,22 24*, 3, 7, 11, 15 25*, 4, 8, 19, 23 26*, 12, 16, 20, 24 29*, 5, 7, 14, 19		24*, 4, 8, 12, 16 31*, 20, 23, 19 32*, 3, 7, 11, 23 25*, 2, 6, 10, 14 30*, 9, 13, 17,21 32*, 4, 7, 12, 15 33*, 3, 6,11, 14 27*, 2, 5, 10, 13 28*, 13, 15, 18, 20 29*, 1, 6, 11, 16 30*, 4, 7, 10, 12 33*, 8, 11, 13, 14
* – уровни звуковой мощности для источника шума ИШ1

 

 

Таблица 11

Уровни звуковой мощности оборудования L_Pi, дБ

 

№ по порядку	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц

Таблица 12

 

Габаритные размеры участка цеха, кабины, источника шума ИШ₁, размещение оборудования

 

Вариант

A, м

B, м

C, м

H, м

r1, м

r2, м

r3, м

r4, м

r5, м

lмакс, м

a, м

b, м

c, м

AK, м

BK, м

HK, м

18]

6,5 7,5 6,5 7,5

7,5

6,5 7,5 8,5 6,5 7,5

9,5 7,5 9,5 8,5

1,5 1,2 1,2 1,5 1,4 1,5 1,5 1,1 1,0 1,2 1,1 1,2 1,5 1,2 1,3 1,1 1,3 1,4 1,2 1,3 1,4 1,5 1,3 1,2 1,1

1,5 1,6 1,4 1,3 1,2 1,7 1,3 1,6 1,5 1,6 1,2 1,8 1,7 1,6 1,2 1,5 1,6 1,4 1,3 1,2 1,6 1,7 1,2 1,3 1,5

1,5 1,8 1,7 1,9 1,0 1,4 1,2 1,3 1,8 1,4 1,5 1,6 1,4 1,8 1,9 1,6 1,7 1,5 1,8 1,7 1,3 1,4 1,2 1,4 1,6

1,5 1,2 1,1 1,3 1,4 1,5 1,5 1,2 1,5 1,1 1,2 1,6 1,5 1,1 1,2 1,3 1,6 1,2 1,5 1,6 1,4 1,7 1,8 1,3

2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 2,5 2,6 2,7 2,8 2,5 2,6 2,5 2,7 2,6 2,5 2,7 2,8 2,8 2,0 2,5 2,8 2,9 2,5 3,0

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ работа № 2

Расчет искусственного освещения

Цель работы: ознакомиться с методами расчета искусственного освещения в рабочих помещениях, на строительных площадках, на рабочих местах.

1. Основные теоретические сведения

При проектировании отдельных установок основное внимание уделяется созданию оптимальных условий для зрительной работы. С этой целью проводятся светотехнические расчеты, позволяющие определить рациональные световые решения в соответствии с действующими нормами и правилами.

Искусственное освещение проектируется общее (равномерное или локализованное) и комбинированное (к общему добавляется местное).

Для освещения помещений, как правило, предусматриваются газоразрядные лампы низкого давления (ЛД, ЛБ, ЛДЦ), лампы высокого давления (ДРЛ, металлогалогенные, натриевые). В случае невозможности или нецелесообразности применения газоразрядных ламп допускается применение ламп накаливания. Для освещения промышленных и строительных площадок, территорий населенных пунктов применяются прожектора заливающего света, газоразрядные лампы высокого давления.

При выборе типа ламп учитываются требования экономичности, безопасности обслуживания, правильности цветопередачи. Противопоказаниями для применения люминесцентных ламп являются увеличение высоты подвеса, усложнение доступа для обслуживания, температура окружающей среды. При наличии быстровращающихся деталей в светильниках местного освещения люминесцентные лампы не применяются во избежание стробоскопического эффекта.

Важным моментом проектирования искусственного освещения является выбор светильников, осуществляющих требуемое перераспределение светового потока лампы. Маркировка светильников включает в себя буквенные обозначения источников света, способа установки, основного назначения, мощности ламп и т. п.

Каждому светильнику за исключением светильников специального назначения и для установки на транспорте присваивается шифр. Структура шифра такова:

где 1 – буква, обозначающая источник света, 2 – буква, обозначающая способ установки, 3 – буква, обозначающая основное назначение светильника, 4 – двузначное число, обозначающее номер серии, 5 – число, обозначающее количество ламп в светильнике (для одноламповых число 1 не обозначается и знак Х не ставится), 6 – число, обозначающее мощность ламп в ваттах, 7 – трехзначное число, обозначающее номер модификации, 8 – обозначение климатического исполнения.

Буквы, обозначающие источник света: Н – лампы накаливания, Л – люминесцентные трубчатые лампы, Р – лампы типа ДРЛ (ртутные лампы высокого давления). Буквы, обозначающие способ установки: С – подвесные, П – потолочные, В – встраиваемые в подвесные потолки, Б – настенные. Буквы, обозначающие основное применение светильника: П – для промышленных предприятий, У – для наружного освещения, О – для общественных зданий, Р – для рудников и шахт, В – для бытовых помещений.

При выборе светильника учитывается его класс. К классу прямого света (П) относятся светильники, у которых доля светового потока нижней полусферы превышает 80%. Эти светильники используются при большой высоте подвеса и для создания локализованного освещения. В светильниках преимущественно прямого света (Н) поток нижней полусферы составляет 60-80%, рассеянного света (Р) – 40-60%, преимущественно отраженного света (В) – 20-40%, отраженного света (О) – менее 20%.

Светильники классов П и Н имеют более высокий КПД потока нижней полусферы. Их применение при общем освещении позволяет получить более высокие значения коэффициента использования светового потока.

Направленность излучения светильников определяется кривой силы света (КСС). В соответствии с ГОСТ 17677–82 светильники делятся на группы с типовыми формами КСС. Типовые КСС обозначаются: М – равномерная, Д – косинусная, Г – глубокая, К – концентрированная, Л – полуширокая, Ш – широкая, С – синусная (рис. 1).

Во взрывоопасных помещениях применяются стационарные взрывозащищенные светильники двух исполнений: взрывонепроницаемые (с маркировкой “В”) – тип ВЗГ и повышенной надежности против взрыва (с маркировкой “Н”) – типы НОГЛ, НОДЛ.

Например, светильник НСП01´100/ДОЗ-01. Светильник с лампой накаливания (Н), подвесной (С), прямого света (П), мощность лампы 100 Вт. Светильник РСП01´125/ДОЗ-07 – светильник ртутный с лампами типа ДРЛ, подвесной, прямого света серии 01, с мощностью лампы 125 Вт.

Рис. 1 Типовые кривые силы света

 

2. Выбор освещенности

Нормирование освещенности производится в люксах. Шкала нормированных значений освещенности выглядит так: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 5000.

Согласно СниП 23–05–95 минимальные значения освещенности при искусственном освещении выбираются в зависимости от минимального размера объекта различения d (в мм) при расстоянии от предмета различения до глаз l менее 0,5 м или отношения d/l при l >0,5 м, контраста объекта различения с фоном, характеристики фона и системы освещения. Все зрительные работы разделяются на 8 разрядов. Разряды I–V и VIII разделяются на подразряды. В разряде VIII деление на подразряды обусловлено характером наблюдения за ходом технологического процесса: а) постоянное, б) периодическое при постоянном пребывании людей в помещении и в) периодическое при периодическом пребывании людей в помещении. В разрядах I-V деление на подразряды обусловлено сочетанием качественных характеристик контраста и фона. Минимальные значения освещенности принимаются по табл. 1.

Таблица 1

Минимальные значения освещенности при искусственном освещении по СниП 23–05–95

Характеристика зрительной работы	Наименьший эквивалентный размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Подразряд зрительной работы	Контраст объекта с фоном	Характеристика фона	Искусственное освещение
Освещенность, лк	Сочетание нормируемых величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации
При системе комбинированного освещения	При системе общего освещения
Всего	в том числе от общего освещения
Р	%
Наивысшей точности	Менее 0,15	I	а	Малый	Темный			–
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой //	Светлый // Средний
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,30	II	а	Малый	Темный			–
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой //	Светлый Светлый Средний
Высокой точности	От 0,30 до 0,50	III	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой //	Светлый // Средний
Средней чности	Свыше 0,5 до 1,0	IV	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой //	Светлый // Средний	–	–
Малой точности	Свыше 1 до 5	V	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный	–	–
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	–	–
г	Средний Большой //	Светлый // Средний	–	–
Грубая (очень малой точности)	Более 5	VI		Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–
Работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах	Более 0,5	VII		Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–
Общее наблюдение за ходом производственного процесса: постоянное   периодическое при постоянном пребывании людей в помещении   периодическое при периодическом пребывании людей в помещении   общее наблюдение за инженерными коммуникациями		VIII	а	Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–
б	Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–
в   г	Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–		–	–
Независимо от характеристик фона и контрастности объекта	–	–		–	–

 

 

При использовании ламп накаливания нормированное значение освещенности Е_н следует снижать на одну ступень: в системах комбинированного освещения при Е_н>750 лк, в системах общего освещения для разрядов I–V и VIII, при этом освещенность, создаваемая лампами накаливания, не должна превышать 300 лк. Для разрядов VI и VIII значения Е_н снижаются на две ступени.

Величину Е_н следует повышать на одну ступень:

если работа I–IV разрядов выполняется в течение полной смены;

при повышенной опасности травматизма;

при работе и производственном обучении подростков, если Е_н<300 лк для систем общего пользования.

При работе со светящимися объектами размером менее 0,5 мм их следует относить к подразряду “в” соответствующих разрядов.

В системах комбинированного освещения доля общего освещения должна составлять не менее 10% от Е_н. При этом значение максимальной и минимальной освещенности от светильников общего освещения должны составлять соответственно 750 и 150 лк для люминесцентных ламп, 300 и 50 лк – для ламп накаливания.

Освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения в системе комбинированного, определяется по табл. 2.

Таблица 2

Значения освещенности, создаваемой светильниками общего искусственного освещения в системе комбинированного освещения

Разряд зрительной работы	Освещенность, лк
при газоразрядных лампах	при лампах накаливания
Iа
Iб, IIа
Iв, IIб
Iг
IIв, IIIа
IIг, IIIб,
IIIв, IIIг,
IV, Vа, Vб

 

3. Светотехнические расчеты

Светотехнические расчеты могут выполняться методами: методом коэффициента использования светового потока, точечным методом и др.

3.1. Расчет общего освещения методом коэффициента использования светового потока

Коэффициент использования светового потока h равен отношению светового потока, падающего на расчетную поверхность, ко всему потоку осветительной установки. Он определяется геометрией помещения, коэффициентами отражения потолка r_п, стен r_с, расчетной поверхности r_р, типом КСС источника света.

Геометрия помещения учитывается индексом помещения

, (1)

где а и b – длина и ширина помещения, м;

h – расчетная высота (высота подвеса над расчетной поверхностью), м.

При расчете общего освещения следует выбрать тип КСС светильника, размещение по площади потолка и общее количество светильников (ламп). При большой расчетной высоте и малых значениях r_п и r_с следует отдавать предпочтение КСС типа Г, К и Д. Для малых высот предпочтительнее светильники с КСС типа М и Л, создающие более равномерное освещение. Учитывая требования равномерности освещения, размещать светильники необходимо исходя из значений предельных отношений l/h, где l – расстояние между светильниками. Максимально допустимые значения l/h приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Приложение 2

ПРАКТИЧЕСКАЯ работа № 3

Определение доз облучения от гамма-излучающих

радионуклидов

Цель работы: сформировать знания студентов в области исследования и оценки доз облучения людей от радиоактивных веществ и ионизирующих излучений.

 

1. Основные теоретические сведения

Во многих областях практической деятельности людей применяются радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений.

При помощи радиоактивных изотопов проводится контроль качества изделий (рентгеновскими и гамма-дефектоскопами), управление технологическими операциями (радиоизотопными датчиками и измерителями), включение пожарной сигнализации (дымовыми извещателями) и т.д.

Кроме этого люди постоянно подвергаются воздействию внешнего ионизирующего излучения от солнца и поверхности земли, а также внутреннего облучения от попадающих внутрь организма радионуклидов при дыхании и употреблении воды и пищи.

Вопросы определения доз облучения людей были актуальными во время и после проведения испытаний ядерного оружия, но особую актуальность получили после аварии на Чернобыльской АЭС, когда в атмосферу было выброшено около 50 МКu различных радионуклидов и радиоактивным выпадениям были подвергнуты территории Украины, Белоруссии и России. Первичная информация о радиационном загрязнении территории практически не дает представления о возможных индивидуальных дозах облучения и путях формирования суммарной дозы у человека, поэтому необходимы знания расчета доз облучения (в первую очередь от g-излучающих радионуклидов) и определения уровня риска.

 

1.1 Ионизирующее излучение, радионуклиды, радиоактивный распад

Ионизирующее излучение - излучение, воздействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Основными источниками ионизирующего излучения являются радионуклиды - разновидности атомов с данным массовым числом и атомным номером. Массовое число нуклида указывается вверху слева от символа химического элемента, например, нуклид стронция ⁹⁰Sr, нуклид цезия ¹³⁷Cs.

Один и тот же элемент может иметь разные массовые числа и разновидности этого элемента называются изотопами, например, ¹³¹I и ¹³³I.

Радиоактивный распад сопровождается корпускулярным излучением (a-частиц, b-частиц, нейтронов и т.п.), или фотонным излучением (гамма или рентгеновским):

a-частицы являются ядрами атомов гелия, несущими положительный заряд. Они имеют незначительный пробег (в воздухе от 2 до 9 см, в биологических тканях - от 0.02 до 0.06 мм), но высокой степенью ионизации. При внешнем облучении a-частицы не представляют опасности, но при попадании внутрь организма радиоактивных веществ в виде пыли они очень опасны;

b-частицы представляют собой поток электронов или позитронов, в воздухе они могут пройти до 40 м, а в биологической ткани - до 12 мм. Плотность ионизации атомов среды b-частицами в десятки раз меньше, чем при ионизации a-частицами;

g-лучи это электромагнитное излучение с длиной волны приблизительно 10 ^-12 м и частотой около 10 ²⁰ Гц. Эти лучи обладают значительно меньшей, чем a-частицы, ионизирующей способностью, но высокой проникающей способностью (бетонные стены толщиной 5 см ослабляют g-излучение в два раза);

рентгеновские лучи - это коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны от 10 ^-7 до 10 ^-12 м. Они, также как g-лучи, обладают высокой проникающей способностью.

 

1.2 Активность радионуклидов

Активность радионуклидов А - это число самопроизвольных случайных распадов или число испускаемых частиц DN в единицу времени Dt:

А = DN / D t. (1.1)

Единицей активности является Бк (беккерель), 1 Бк = 1 расп/с, один распад в секунду.

Также единицей активности является Ku (кюри), 1 Ku = 3,7 ×10¹⁰ Бк.

Активность радионуклидов со временем уменьшается по экспоненциальному закону. Изменение активности описывается формулой

А _t = А ₀ exp(-0,693 t / T_{1/ 2}), (1.2)

где А _t - активность радионуклида по прошествии времени t;

А ₀ - активность радионуклида в начальный период (t = 0);

t - время;

Т _1/2 - период полураспада, т.е. время, в течение которого распадается половина радиоактивных атомов.

Если t = Т_1/2, то А _t = А_о / e ^0,693 = А_о / 2.

Период полураспада у некоторых радионуклидов составляет несколько суток, а у некоторых - годы (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 – Радиобиологические свойства радионуклидов

Нуклид	Эффективная энергия Е эф,	Гамма- постоянная Кg,	Период полураспада Т1/2, сут	Критический орган	Доля нуклида, попадающая в рассматриваемый орган	Период полувыведения из организма ТВ/2, сут
При заглатывании f3	При вдыхании, fвд
^60СO	1,5	6,75	1,9×10^3	Все тело Печень	0,3 0,001	0,45 0,02	9,5 9,5
^131J	0,41	1,69		Все тело. Щитовидная железа	1,0     0,3	0,75     0,23
^137Cs	0,59	3,19	1,1×10^4	Все тело	1,0	0,75
^226Ra		9,36	5,9×10^5	Все тело	0,3	0,4	8,1×10^3
^90Sr	1,1	2,94	1×10^4	Скелет	0,3	0,12	1,8×10^4
^235U		0,51	2,6×10^11	Все тело Кости Почки	1×10^4 0,1×10^-5 1,1×10^-5	0,25 0,028 0,028

 

1.3 Экспозиционная доза

Экспозиционная доза является качественной характеристикой фотонного излучения (рентгеновского и гамма-излучения), она определяется по ионизации воздуха, т.е. когда поглощенная энергия в некотором объеме воздуха равна суммарной кинетической энергии электронов и позитронов, образованных фотонным излучением в том же объеме.

Непосредственно измеряемой физической величиной при определении экспозиционной дозы g-излучения является электрический заряд ионов одного знака, образованных в воздухе за время облучения:

D _эксп = Q / m, (1.3)

где D _эксп - экспозиционная доза, Кл/кг;

Q - полный заряд ионов одного знака, Кл;

m - масса объема воздуха, кг.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р),

1 Р = 0,285 мКл/кг.

 

1.4 Поглощенная доза

Поглощенная доза характеризует изменения, происходящие в облучаемом веществе (воздухе, воде, дереве, железе и т.д.).

Поглощенная доза - это энергия, передаваемая веществу массой в одну единицу:

D _погл = E / m, (1.4)

где D _погл - поглощенная доза, Дж/кг;

E - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом, Дж;

m - масса облучаемого вещества, кг.

В системе СИ поглощенная доза измеряется в Гр (грей):

1 Гр = 1 Дж/кг.

В практике часто используется специальная единица поглощенной дозы - рад. Один рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, выделяемой одним граммом любого вещества, равно 0,01 Дж, т.е.

1рад = 0,01 Дж/кг =0,01Гр.

Поглощенная доза связана с экспозиционной дозой следующим соотношением:

D _погл = D _эксп × К₁, (1.5)

где К₁ - коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества (воздух, вода и т.п.), т.е. учитывающий отношение энергии, поглощенной данным веществом, к электрическому заряду ионов, образованных в воздухе такой же массы.

При экспозиционной дозе в 1 Р энергия g-излучения, расходуемая на ионизацию 1 г воздуха, равна 0,87 рад, т.е. для воздуха

 

К₁ = 0,87 рад/Р = 0,87 ×0,01 Дж/кг = 0,87 ×0,01 Гр/Р.

 

Поскольку ткани организма имеют несколько иной эффект поглощения по сравнению с водой, то используются переводные коэффициенты для различных тканей тела человека:

для воды в организме К₁ = 0,887...0,975 рад/Р,

для мышц К₁= 0,933...0,972 рад/Р,

для костей К₁ = 1,03... 1,74 рад/Р.

В целом для организма человека при облучении от g-источника