Ионизирующие поля и излучения

Ионизирующие поля и излучения: опасность, оценка, технические средства защиты. Безопасные технологии

1. Электростатические поля и загрязнение биосферы

Статическое электричество - это процесс образования, сохранения и разделения свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ и материалов или на изолированных проводниках.

Экспериментально установлено, что положительные заряды скапливаются на поверхности того из двух соприкасающихся веществ, диэлектрическая проницаемость которого больше. Если соприкасающиеся вещества имеют одинаковую диэлектрическую проницаемость, то электрические заряды не возникают.

При статической электризации напряжение относительно Земли достигает десятков, а иногда и сотен тысяч вольт. Значения токов при явлениях статической электризации составляют доли ампера.

Явление статической электризации наблюдается в следующих основных случаях: в потоке и при разбрызгивании жидкостей; в струе газа или пара; при соприкосновении и последующем разделении двух твердых разнородных тел. Эти случаи являются базовыми для таких технологических процессов, как сушка в кипящем слое, пневмосушка и пневмотранспорт газов, паров и пыли, размол, дробление и рассев, слив, налив, перекачка, размешивание и фильтрование электризующихся жидкостей, подача мономеров и легковоспламеняющихся жидкостей в полимеризаторы и др. Опасность возникновения статического электричества проявляется в возможности образования электрической искры и вредном действии его на организм человека, причем не только при непосредственном контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поля Е, возникающего вокруг заряженных поверхностей. У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Легкие «уколы» и «пощипывания» при работе с сильно наэлектризованными материалами негативно влияют на психику рабочих, а в определенных ситуациях могут вызвать шоковое состояние. При постоянном прохождении через тело человека малых токов электризации возможны неблагоприятные физиологические изменения в организме, приводящие к профзаболеваниям.

Вследствие этого в соответствии с введены допустимые уровни напряженности электростатических полей Епр
ед,- Данный уровень устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 ч. Для Е < 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется. Для Е = 20-60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в электростатическом поле без средств защиты зависит от конкретного уровня напряженности на рабочем месте и определяется по формуле:

где Ефакт
- фактическое значение напряженности поля, кВ/м.

Основная величина, характеризующая способность различных материалов проводить ток, а также определяющая их способность к электризации

- удельное электрическое сопротивление р.

В соответствии с все вещества и материалы в зависимости от величины р подразделяются на диэлектрические, антистатические и электропроводящие. В соответствии с этими Правилами pv
и р5
должны указываться в технологическом регламенте, а также в исходных данных при проектировании любого технологического процесса. Для практических целей необходимо брать их максимальные значения или определять экспериментально для каждого конкретного продукта.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия.

Основные методы и средства защиты от статического электричества представлены на р и с. 1.

2. Радиационное излучение и загрязнение биосферы

Введение в радиоэкологию

Среди опасностей, угрожающих человеку, особо необходимо выделить ионизирующую радиацию, в частности, техногенную составляющую. Главными источниками ионизирующих излучений и радиоактивного загрязнения являются предприятия ядерного топливного цикла: атомные станции; предприятия по изготовлению ядерного топлива; предприятия по переработке и захоронению радиоактивных отходов; исследовательские ядерные реакторы, транспортные ядернохимические установки и военные объекты. Сведений о влиянии радиоактивных осадков на биологические объекты пока недостаточно. Особенно много дискуссий и акций протеста возникает по поводу атомной энергетики. Обеспокоенность населения резко обострилась после аварии на Чернобыльской АЭС.

Приводятся аргументы в пользу замедления или приостановления развития ядерной энергетики на том основании, что на период до начала массового использования термоядерных реакторов хватит источников обычного топлива. Термоядерные реакторы относят при этом к более экологически чистым системам, чем ЯЭУ - ядерные энергетические установки.

Однако только атомная энергетика может дать реальный выход из энерго-экологического тупика, возникающего при использовании основных источников энергии: парниковый эффект, увеличение среднегодовой температуры на Земле, потребление кислорода из атмосферы и др. При делении ядерного 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 при горении не потребляет кислород, а выделение углекислого газа происходит в небольших количествах на предприятиях при производстве урана. Следовательно, не происходит усиления парникового эффекта в атмосфере и заметных климатических изменений. Технология производства тепла и электроэнергии из ядерного топлива хорошо разработана и экономически конкурентоспособна по сравнению с технологиями на ископаемом топливе. Уникальной особенностью ядерного топлива является возможность его воспроизводства, то есть искусственная наработка нового ядерного топлива в реакторе. Ядерные электростанции в нормальном режиме производства электроэнергии обеспечивают наибольшую экологическую чистоту. В то же время они могут представлять огромную опасность для окружающей среды в случае тяжелых аварий. Таким образом, ставится задача создания таких систем, которые не допускали бы возникновения тяжелых аварий и локализовали бы внутри аппарата последствия менее серьезных аварий. В свою очередь, все это заставляет разрабатывать новые конструкционные материалы и топливные композиции или искать технические решения для расширения рабочих температурных интервалов существующих.

В отличие от других способов получения энергии в процессе работы ЯЭУ остаются экологически более опасные отходы в виде выгоревшего топлива с высокой долгоживущей радиоактивностью. Отсюда вытекают задачи по оптимизации топливного цикла ЯЭУ, способов переработки облученного топлива и обращения с полученными при этом радиоактивными отходами.

О механизме излучений

Согласно определениям атомной физики и радиоэкологии, атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента 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 высвобождением энергии в виде излучения. Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом. Ионизирующее излучение делится на корпускулярное или фотонное.

Испускание ядром двух протонов и двух нейтронов - это а-излучение, испускание электронами -. Иными словами, а-частицы представляют 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, возникающих при 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 процессе ядерного распада. Эти лучи обладают большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Энергия их лежит в пределах 0,01-3 МэВ.

Вышеуказанные излучения, таким образом, характеризуются ионизирующей и проникающей способностью. Эти свойства и определяют их воздействие на биологические объекты.

Действие радиации на человека

Биологическое действие ионизирующего излучения заключается в том, что поглощенная энергия расходуется на разрыв химических связей и разрушение клеток живой ткани. Облучение кожи в зависимости от величины дозы вызывает разной степени ожоги, а также может наносить серьезные отдаленные последствия: перерождение кровеносных сосудов, возникновение хронических язв и раковых опухолей со смертельным исходом через 6-30 лет. Смертельная доза у-излучения считается равной 600±100 Р. Так называемая смерть под лучом наступает при дозе около 200000 Р. Доказано, что облучение может иметь генетические последствия, вызывать мутации. При дозах внешнего облучения не более 25 бэр никаких изменений в организмах и тканях человека не наблюдается.

Некоторые сведения об эффектах внешнего воздействия ионизирующих излучений приведены в табл.

При внутреннем облучении опасны все виды излучения, так как действуют непрерывно и практически на все органы.

Внутреннее облучение вызывается источниками, входящими в состав организма или попавшими в него с воздухом, водой или пищей, во много раз опаснее, чем внешнее, при тех же количествах радионуклидов, так как:

1. Время облучения увеличивается и совпадает со временем пребывания радиоактивного вещества в организме; такие вещества, как 226
Ra или 239
Ри, из организма практически не выводятся, и облучение длится всю жизнь.

2. Доза облучения резко возрастает из-за бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани.

3. Отсутствует защитное действие кожного покрова; а-частицы из полностью безопасных при внешнем облучении становятся наиболее опасными.