Безопасность жизнедеятельности. В вопросах и ответах, задачах и. Безопасность жизнедеятельности в вопросах и ответах, задачах и решениях

• Название: Безопасность жизнедеятельности в вопросах и ответах, задачах и решениях
• Дата: 13.03.2023
• Размер: 3.32 Mb.
• Имя файла: Безопасность жизнедеятельности. В вопросах и ответах, задачах и .doc
• Тип: Задача; #986310
• страница: 18 из 24

7. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

7.1. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

В связи с развитием и совершенствованием технологических процессов принятую категорию помещения необходимо обосновывать нормативными требованиями и расчетами.

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с табл. 7.1.

Примеры производств, размещенных в помещениях категорий А, Б, В1-В4, Г и Д, приводятся ниже.

Категория А: пункты и насосные станции по перекачке легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ); депо промывки и дегазации цистерн из-под легковоспламеняющихся жидкостей (бензина, бензола, сырой нефти и т.д.); склады бензина и баллонов для горючих газов; помещения стационарных кислотных и щелочных аккумуляторных установок; водородные станции; малярные цехи и кладовки, в которых применяются нитрокраски, лаки и растворители из легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки паров 28 ⁰С и ниже; станции по производству ацетилена.

Категория Б: цехи вагонных, локомотивных депо и заводов с производством малярных работ с применением лаков и красок с температурой вспышки паров от 28 ⁰ до 61 ⁰С; склады указанных лаков и красок, дизельного топлива; насосные и сливные эстакады по перекачке и сливу дизельного топлива; участки по изготовлению и ремонту деталей из пластических масс и стеклопластика; отделения и участки мойки и обтирки узлов и деталей с применением бензина и керосина; промывочно-пропарочные станции цистерн и другой тары из-под мазута и других жидкостей с температурой вспышки паров от 28 ⁰ до 61 ⁰С, аммиачные холодильные установки; мазутное хозяйство электростанций; цехи приготовления и транспортирования угольной пыли, древесной муки, сахарной пудры и др.

Категория В1-В4: лесопильные и деревообрабатывающие цехи; цехи текстильной и бумажной промышленности; швейные и текстильные фабрики; склады масла и масляное хозяйство электростанций; трансформаторные подстанции; смазочное хозяйство заводов; асфальтовые заводы; склады и кладовые масляных красок; малярные цехи, в которых применяются краски и растворители с температурой вспышки выше 61 ⁰С; автомобильные гаражи; гардеробные помещения; архивы; библиотеки; угольные эстакады; склады торфа.

Категория Г: литейные, плавильные, кузнечные и сварочные цехи; цехи горячей прокатки металлов; котельные; главные корпуса электростанций; цехи горячей штамповки, обжига кирпичных, цементных и известковообжигательных заводов; отделения ремонта двигателей внутреннего сгорания.

Категория Д: механические цехи холодной обработки металлов; воздуходувные и компрессорные станции воздуха и других негорючих газов; депо электрокаров и др.

Исходя из категории помещений, регламентируется этажность и степень огнестойкости зданий, а также площадь этажа между противопожарными стенами.

В некоторых случаях, когда в цехе размещаются аппараты, связанные с использованием в них разных по взрывопожарным свойствам веществ, требуется определить, будет ли относиться к данной категории производства все помещение или только определенная зона в нем, непосредственно вблизи аппарата. Для такой оценки проводится специальный расчет [7.3] или взрывоопасная зона принимается равной 5 м по горизонтали от аппарата, содержащего взрывоопасное вещество.

Таблица 7.1

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении
А взрывопожаро- опасная	Горючие газы, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28 0С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа
Б взрывопожаро- опасная	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 0С, горючие жидкости (ГЖ) в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
В1–В4 пожароопасные	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б
Г невзрывопожароопасная	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д непожароопасная	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Вопрос Как определить избыточное давление взрыва для горючих газов, паров, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей?

Ответ Основными расчетными параметрами при определении категории помещений являются объем взрывоопасной смеси и избыточное давление взрыва, которые определяются исходя из следующих предпосылок:

1) все содержимое аппарата поступает в помещение;

2) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для их отключения: при автоматическом отключении 120 с, при ручном – 300 с;

3) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости, площадь испарения которой определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей – на 1 м² пола помещения;

4) происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

5) длительность испарения жидкости Т принимается равной времени ее полного испарения по расчету, но не более 3600 с.

Избыточное давление взрыва  Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, N, Cl, Br, F, определяется по формуле, кПа:

(7.1)

где Р_max – максимальное давление взрыва газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа;

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

m – масса горючего газа (ГГ) или паров ЛВЖ и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (7.4), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (7.5), кг;

V_св – свободный объем помещения, м³, который определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать равным 80 % геометрического объема;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно [7.3]. Допускается принимать Z по табл. 7.2;

Таблица 7.2

Коэффициент участия горючего во взрыве

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород Горючие газы (кроме водорода) Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки и выше Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии образования аэрозоля Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии образования аэрозоля	1,0 0,5 0,3 0,3 0

 _гп – плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг м^-3, вычисляемая по формуле

 _гп=М / V₀(1+0,00367t_р), (7.2)

где М – молярная масса, кг кмоль^-1;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м^3 кмоль^-1;

t_р – расчетная температура,  С, которую допускается принимать равной 61  С;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об), принимается по справочным данным или вычисляется по формуле

С_ст=100 / (1+4,84 ), (7.3)

где  = n_c + – – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_c, n_н, n_x, n₀ – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.

К_и – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения; допускается принимать равным 3.

Масса m, кг поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле

m=(V_a+V_т)  _г, (7.4)

где V_a – объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_т – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом V_a = 0,01 Р_1 V,

где Р₁ – давление в аппарате, кПа;

V – объем аппарата, м³;

V_т = V_1т + V_2т,

где V_1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

V_1т=q Т',

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим процессом, м³/с;

Т' – время, необходимое для отключения аппарата (см. выше).

V_2т=0,0314 Р_z (r₁^2 L₁+…+r_n^2 L_n),

где Р_z – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r – внутренний радиус трубопроводов, м;

L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса паров жидкости m, поступивших в помещение определяется из выражения

m = m_p + m_емк + m_св.окр., (7.5)

где m_p – масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

m_емк – масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

m_св.окр. – масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (7.5) определяется по формуле

m = W F_n T , (7.6)

где W – интенсивность испарения, кг с^-1 м^-2;

F_n – площадь испарения, м².

Интенсивность испарения W определяется по справочным или экспериментальным данным или по формуле

W=10^{-6  }  Р_н , (7.7)

где  – коэффициент, принимаемый по табл. 7.3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Р_н – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_р, определяемое по справочным данным, кПа.

Таблица 7.3

Скорость воздушного потока в помещении, м с-1	Значение коэффициента  при температуре t ( С) воздуха в помещении
	10	15	20	30	35
0 0,1 0,2 0,5 1,0	1,0 3,0 4,6 6,6 10,0	1,0 2,6 2,8 5,7 8,7	1,0 2,4 3,5 5,4 7,7	1,0 1,8 2,4 3,6 5,6	1,0 1,6 2,3 3,2 4,6

При расчете массы горючих газов или паров ЛВЖ или ГЖ при наличии аварийной вентиляции с автоматическим пуском следует массу m разделить на коэффициент К, определяемый по формуле

К=А Т+1, (7.8)

где А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1.

Если  Р будет по расчету более 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасному, если менее 5 кПа – к невзрывопожароопасному.

ЗадачаОпределить категорию помещения, в котором размещается технологический процесс с использованием ацетона.

Ацетон находится в аппарате объемом V_ап=0,07 м³. Длина напорного и обводящего трубопроводов d=0,05 м равна соответственно 3 и 10 м. Производительность насоса q=0,01 м^3 мин^-1. Отключение насоса автоматическое. Объем помещения составляет 10000 м³ (48х24х8,7). Основные строительные конструкции здания железобетонные ( Р_доп = 25 кПа). Кратность аварийной вентиляции А=10 ч^-1. Скорость воздушного потока в помещении при работе аварийной вентиляции равна 1,0 м с^-1. Температура ацетона равна температуре воздуха и составляет 293 К. Плотность ацетона  =792 кг м^-3.

Решение

1. Объем ацетона, вышедшего из трубопроводов при времени автоматического отключения в 2 мин, составляет

V_тр=q +( ) L₁=0,01 2+( ) 13=0,046 м³.

2. 
   Объем поступившего ацетона в помещение
   

V_п=V_тр+V_ап= 0,046+0,07=0,116 м³.

2. 
   Площадь разлива ацетона S принимается равной 116 м².
   
3. 
   Масса разлившегося ацетона
   

m_п=V_{п } =0,116 792=91,9 кг,

где  – плотность ацетона.

2. 
   Интенсивность испарения равна
   

W=10^{-6 }  Р_н=10^-6 7,7  24,54=1,44 10^-3 кг с^-1 м^-2.

2. 
   Время испарения ацетона с поверхности 116 м² составляет
   

Т=m/(W S)=91,9 / (1,44 10^-3 116)=550 с=0,153 ч.

2. 
   Плотность паров при расчетной температуре t_р
   

 _гп=М / V₀(1+0,00367t_р) = 58,08 / (22,413(1+0,00367 61)) =

= 2,117 кг/м³.

2. 
   Стехиометрическая концентрация паров ацетона при  =4
   

С_ст=100 / (1+4,84 4)=4,91 % об.

2. 
   Свободный объем помещения
   

V_св=0,8V_пом=0,8 10000=8000 м³.

2. 
   Масса паров ацетона, образующихся при аварийном разливе и работе аварийной вентиляции
   

m=W F_п T К^-1=1,44 10^-3 116 550 2,53^-1=36,3 кг,

где К=А Т+1=10 0,153+1=2,53.

2. 
   Избыточное давление взрыва  Р при аварийной ситуации
   

Поскольку  Р (3,48 кПа)  5 кПа, то помещение в целом относится к невзрывопожароопасным.

Взрывоопасная зона в соответствии с [7.4] будет в пределах 5 м по вертикали и горизонтали от аппарата, из которого выделяется горючее вещество.

Вопрос Как определить категории помещений В1-В4 по пожарной опасности?

Ответ Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения удельной пожарной нагрузки на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 7.4.

Таблица 7.4

Удельная пожарная нагрузка на участке

Категория помещения	Удельная пожарная нагрузка g на участке, МДж м-2	Способ размещения пожарной нагрузки
В1	Более 2200	не нормируется
В2	1401– 2200	см. ниже
В3	181–1400	см. ниже
В4	1–180	на любом участке пола помещения площадью 10 м2, способ размещения участков пожарной нагрузки рассмотрен ниже

В помещениях категорий В1-В4 допускается наличие нескольких участков с пожарной нагрузкой, не превышающей значений табл. 7.4.

В помещениях категории В4 расстояния между этими участками должны быть больше предельных. В табл. 7.5 приведены рекомендуемые значения предельных расстояний l_пр в зависимости от величины критической плотности падающих лучистых потоков q_кр, кВт м^-2 для пожарной нагрузки, состоящей из твердых горючих и трудногорючих материалов.

Таблица 7.5

_{Рекомендуемые значения предельных расстояний lпр в зависимости от величины критической плотности падающих лучистых потоков q}кр

qкр, кВт м-2	5	10	15	20	25	30	40	50
lпр, м	12	8	6	5	4	3,8	3,2	2,8

Величины l_пр, приведенные в табл. 7.5, рекомендуются при условии Н>11 м; если Н<11 м, то предельное расстояние определяется как

l=l_пр+(11-Н),

где l_пр – определяется из табл. 7.5;

Н – минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до нижнего пояса ферм перекрытия, м.

Значение q_кр берется из справочной литературы. Для материалов пожарной нагрузки с неизвестными значениями q_кр значения предельных расстояний l_пр>12 м.

Для пожарной нагрузки, состоящей из ЛВЖ и ГЖ, рекомендуемое расстояние l_пр между соседними участками размещения (разлива) пожарной нагрузки определяется по формулам

l_пр>15 м при Н>11 м,

l_пр>26-Н при Н<11 м.

Если при определении категорий В2 или В3 количество пожарной нагрузки Q, определенное по формуле 7.9, превышает или равно Q > 0,64 g Н², то помещение будет относиться к категориям В1 или В2 соответственно.

При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожарного участка, пожарная нагрузка Q, МДж определяется из соотношения

, (7.9)

где Y_i – количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Q – низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж кг^-1, определяется по табл. 7.6.

Таблица 7.6

Низшая теплота сгорания некоторых материалов

Горючий материал	Теплота сгорания, МДж кг-1	Горючий материал	Теплота сгорания, МДж кг-1
Бумага разрыхленная	13,4	Фенопласты	11,3
Волокно штапельное	13,8	Хлопок разрыхленный	15,7
Древесина в изделиях	16,6	Амиловый спирт	39,0
Карболитовые изделия	24,9	Ацетон	20,0
Каучук синтетический	40,2	Бензол	40,9
Органическое стекло	25,1	Бензин	41,9
Полистирол	39,0	Бутиловый спирт	36,2
Полипропилен	45,6	Дизельное топливо	43,0
Полиэтилен	47,1	Керосин	43,5
Резинотехнические изделия	33,5	Мазут	39,8
Нефть	41,9	Этиловый спирт	27,2

Удельная пожарная нагрузка q, МДж м^-2 определяется из соотношения , где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м², (но не менее 10 м²).

Задача Определить категорию помещения по пожарной опасности площадью S=84 м².

В помещении находится: 12 столов из деревостружечного материала массой по 16 кг; 4 стенда из деревостружечного материала массой по 10 кг; 12 скамеек из ДСП по 12 кг; 3 хлопчатобумажные шторы по 5 кг; доска из стеклопластика массой 25 кг; линолеум массой 70 кг.

Решение

1. Определяется низшая теплота сгорания материалов, находящихся в помещении (табл. 7.6):

Q =16,6 МДж/кг – для столов, скамеек и стендов;

Q =15,7 МДж/кг – для штор;

Q =33,5 МДж/кг – для линолеума;

Q =25,1 МДж/кг – для доски из стеклопластика.

2. По формуле 7.9 определяется суммарная пожарная нагрузка в помещении



3. Определяется удельная пожарная нагрузка q



Сравнивая полученные значения q=112,5 с приведенными в таблице 7.4 данными, помещение по пожарной опасности относим к категории В4.

8. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

8.1. Основные понятия и определения

Вопрос Какое излучение называют ионизирующим?

Ответ Ионизирующее излучение (в дальнейшем – ИИ) – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. ИИ состоит из заряженных ( и  частицы, протоны, осколки ядер деления) и незаряженных частиц (нейтроны, нейтрино, фотоны).

Вопрос Какие физические величины характеризуют взаимодействие ИИ с веществом и с биологическими объектами?

Ответ Взаимодействие ИИ с веществом характеризуется поглощенной дозой.

Поглощенная доза D – основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

D=dw/dm. (8.1)

Энергия может быть усреднена по любому определенному объёму, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объёму, деленной на массу этого объёма. В системе СИ поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название грэй (Гр). Внесистемная единица – рад, 1рад = 0,01 Гр. Приращение дозы за единицу времени называется мощностью дозы :

=dD/dt. (8.2)

Для оценки радиационной опасности хронического облучения человека согласно  8.2 вводятся специальные физические величины – эквивалентная доза в органе или ткани Н_T,R и эффективная доза Е.

Эквивалентная доза Н_T,R – поглощенная доза в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент данного вида излучения W_R:

Н_T,R=W_R D_T,R , (8.3)

где D_T,R – средняя поглощенная доза в ткани или органе Т;

W_R – взвешивающий коэффициент для излучения вида R.

При воздействии различных видов ИИ с различными взвешивающими коэффициентами W_R эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов ИИ:

(8.4)

Значения взвешивающих коэффициентов приведены в табл. 8.1  8.1 .

Таблица 8.1

Взвешивающие коэффициенты различных видов ИИ

Вид излучения	WR
Фотоны любых энергий	1
Электроны и мюоны любых энергий	1
Нейтроны с энергией: менее 10 кэВ	5
От 10 до 100 кэВ	10
От 100 кэВ до 2 МэВ	20
От 2 до 20 МэВ	10
Более 20 МэВ	5
Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи	5
 -частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

Эффективная доза Е – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела и отдельных органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она равна сумме произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты радиочувствительности W_T  8.2 :

(8.5)

где Н_Т – эквивалентная доза в органе или ткани Т;

W_T – взвешивающий коэффициент радиочувствительности для органа или ткани Т; их значения приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Взвешивающие коэффициенты радиочувствительности

Наименование органов и тканей	WT
Гонады	0,2
Красный костный мозг, желудок, толстый кишечник, легкие	0,12
Грудная железа, печень, пищевод, мочевой пузырь, щитовидная железа	0,05
Кожа, клетки костных поверхностей	0,01
Остальное	0,05

Единица эффективной дозы – зиверт (Зв). Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв=100 бэр.

Приращение доз за единицу времени (секунду, минуту, час) называется мощностью дозы.

(8.6)

Вопрос Что является источником ионизирующего излучения?

Ответ Источником ионизирующего излучения (в дальнейшем – ИИИ) является радиоактивное вещество или устройство, испускающее или способное испускать ИИ. ИИИ могут быть как природного (космические частицы, радиоактивные изотопы земной коры и т.п.), так и искусственного происхождения (топливо ядерных энергетических установок, радиоактивные отходы, ускорители и т.п.).

Вопрос Какие физические величины характеризуют интенсивность радиоактивных изотопов как ИИИ?

Ответ Интенсивность радиоактивных изотопов как источников ИИ можно характеризовать несколькими физическими величинами:

• 
  активностью А, выходом частиц и фотонов  , энергией частиц и фотонов Е, потоком частиц и фотонов F;
  
• 
  мощностью дозы на определенном расстоянии от ИИИ.
  

Активность – мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени  8.2 :

А=dN/dt , (8.7)

где dN – ожидаемое количество спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицей активности является беккерель (Бк), 1 Бк=1 распад/с. Внесистемная единица активности – кюри (Ки). 1 Ки=3,7 10¹⁰ Бк.

При распаде радионуклидов образуются фотоны и частицы иногда разного типа, например,  и  ,  и нейтроны,  и  , и т.д. Среднее количество частиц, образующихся при распаде одного ядра данного радионуклида называется выходом данных частиц:

 =N_i/N, (8.8)

где N_i – количество частиц i-го типа, образовавшихся при распаде N ядер данного радионуклида. Выход частиц может быть как больше, так и меньше 1.

Образующиеся при распаде частицы и фотоны имеют вполне определенную энергию Е, характерную для распада данного радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии.

Таким образом, зная активность А радионуклида и выход частиц  , можно определить поток фотонов или частиц i-го вида, испускаемых данным радионуклидом:

F_i=A _i . (8.9)

Это количество частиц радионуклид испускает равномерно во все стороны сферы, т.е. в телесный угол 4 . Тогда на расстоянии r от данного ИИИ плотность потока частиц или фотонов можно найти по следующему соотношению:

Ф=F/4 r² , (8.10)

где Ф – плотность потока частиц или фотонов, частиц/см².

8.2. Оценка радиационной обстановки

Оценка радиационной обстановки заключается в определении эффективной эквивалентной дозы, которую человек может получить находясь в данных условиях, и сравнении её с предельно допустимым значением. Исходными данными при этом могут быть:

• 
  параметры полей ионизирующих излучений (вид ионизирующих излучений, мощности поглощенной и эффективной эквивалентной доз, плотности потоков частиц или фотонов);
  
• 
  активности радионуклидов, выход частиц или фотонов, расстояние до ИИИ;
  
• 
  облучаемые органы и время облучения.
  

В зависимости от исходных данных используются различные методы расчета эффективной эквивалентной дозы.

Например, известен состав ИИ, мощность эффективной эквивалентной дозы и время облучения. Тогда эффективная эквивалентная доза определяется следующим образом:

(8.11)

где – мощность эффективной эквивалентной дозы, Зв/c;

 – время облучения, с.

Полученное значение Е сравнивают с предельно допустимым. Последнее установлено для трех категорий облучаемых лиц:

• 
  персонал группы А – лица непосредственно работающие с ИИИ;
  
• 
  персонал группы Б – лица, по условиям работы находящиеся в сфере их воздействия;
  
• 
  население.
  

Согласно НРБ-99  8.2 установлены основные пределы доз (ПД) для всех категорий облучаемых лиц, значения которых приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.3

Нормируемые величины	Пределы доз
	Персонал группы А	Персонал группы Б	Население
Эффективная доза	20 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв/год	5 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 12,5 мЗв/год	1 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв/год

Если значение Е, полученное по (8.11), не превосходит соответствующий предел дозы по табл.8.3, то условия труда являются допустимыми. В противном случае следует принимать меры либо к уменьшению времени облучения, либо к уменьшению мощности дозы.

В другом случае известен состав ИИ, мощность поглощенной дозы, создаваемой каждой составляющей ИИ, облучаемые органы и время облучения. Тогда эффективная доза определяется следующим образом:

(8.12)

где – мощность поглощенной дозы, создаваемая в Т-м органе R-й составляющей ИИ, Гр/c;

W_R – коэффициент качества R-й составляющей ИИ;

W_T – коэффициент радиочувствительности Т-го органа;

n₁ – количество облучаемых органов;

n₂ – количество различных видов ИИ;

 – время облучения, с.

Обычно при подобных ситуациях облучается всё тело, поэтому  W_T=1 и формула (8.12) упрощается:

(8.13)

Полученное по (8.12) или (8.13) значение Е сравнивают с соответствующим пределом дозы из табл. 8.3 и аналогично предыдущему делают вывод о радиационной обстановке.

Возможна ситуация, когда при прогнозе радиационной обстановки, создаваемой  -активным радионуклидом, известны активность радионуклида А, Бк, расстояние до источника и время облучения. В этом случае при оценке радиационной обстановки можно использовать следующее соотношение  8.1 :

(8.14)

где А – активность радионуклида, Бк;

Г – гамма-постоянная данного радионуклида, аГрм²/cБк;

r – расстояние до ИИИ, м.

Гамма-постоянной радионуклида Г называется мощность поглощенной дозы в воздухе, создаваемая -излучением точечного изотропного радионуклидного источника активностью А=1 Бк на расстоянии 1 м от него без начальной фильтрации излучения. В системе СИ единица измерения Г-постоянной аГрм²/cБк (аттогрейм²/с Бк). Приставка "атто" означает множитель 10^–18.

В подобных ситуациях есть только один вид ИИ и облучается, как правило, всё тело. Следовательно, эффективная доза численно равна поглощенной дозе, а ее значение может быть определено по соотношению:

(8.15)

Поскольку при облучении всего тела  W_T=1, то (8.15) упрощается:

(8.16)

Еще одна ситуация, когда при прогнозе радиационной обстановки, создаваемой точечным радионуклидом, известны его активность, выход частиц, их энергия. В этом случае оценка радиационной обстановки может быть дана путём сопоставления реальной и допустимой плотности потока частиц на рабочем месте.

Плотность потока частиц на рабочем месте Ф определяется в соответствии с (8.9) и (8.10) как

Ф=А /4 r² , (8.17)

где А – активность радионуклида, Бк;

 – выход частиц или фотонов;

r – расстояние до ИИИ, м.

Значение Ф, полученное по (8.17), сравнивают со среднегодовой допустимой плотностью потока для частиц или фотонов данного вида и данной энергии, определяемой по табл. 8.5 и 8.8 НРБ-99  8.2 . Если полученное по (8.17) значение Ф больше значения Ф_доп, определенного из  8.2 , то условия труда недопустимы и требуется уменьшение плотности потока частиц или фотонов на рабочем месте.

Наконец, известен вид ИИ, плотность потока частиц или фотонов и время облучения. Тогда оценка радиационной обстановки может быть дана путем сопоставления реальной эффективной дозы с соответствующим пределом дозы по табл. 8.3.

В этом случае реальная эффективная доза за время облучения  определяется по соотношению:

Е=hФ , (8.18)

где h – эффективная доза на единичный флюенс, Звсм²; значение h определяется из табл.  8.2 и зависит от вида и энергии частиц и фотонов;

Ф – плотность потока частиц или фотонов на рабочем месте, см^–2с^–1;

 – время облучения, с.

Если человек облучается потоками различных частиц или фотонов, то эффективная доза определяется по соотношению:

Е=  hФ,     (8.19)

где Ф, h – соответственно плотность потока частиц или фотонов данного вида и эффективная доза на единичный флюенс данного вида частиц или фотонов.

ЗадачаМощность эффективной дозы на рабочем месте равна 1мкЗв/ч. Работник из числа персонала группы А находится на этом рабочем месте 1000 часов в году. Оценить условия труда.

РешениеИспользуя соотношение (8.11) находим:



Для персонала группы А ПД_А=20 мЗв/год (табл. 8.3). Полученная доза меньше предела дозы, следовательно, радиационная обстановка на данном месте при данных условиях работы соответствует нормам.

ЗадачаМощность поглощенной дозы от источника нейтронов энергией 0,5 эВ на рабочем месте равна 1мкГр/ч. Работник из числа персонала группы А находится на этом рабочем месте 1000 часов в году. Облучается всё тело. Оценить условия труда.

РешениеИспользуем соотношение (8.13) и принимая во внимание, что у нас только один вид ИИ, находим:



Здесь W_R=5 по табл. 8.1 для нейтронов энергией менее 10 кэВ. Полученная доза меньше предела дозы 20 мЗв/год, следовательно, радиационная обстановка на данном месте при данных условиях работы соответствует нормам.

ЗадачаОценить условия труда работника из числа персонала группы А, находящегося 100 дней в году в течение 1 часа на расстоянии 1м от радионуклида ⁵⁷Со, активностью 1 Ки.

РешениеОценка условий труда сводится к определению годовой эффективной дозы и сопоставлении её с пределом дозы для персонала группы А. При данных условиях облучается всё тело, поэтому  W_T=1, а т.к. используется  -источник, то W_R=1 (табл.8.1). Определяем годовое время облучения:

 =100дн/год1час/день3600с/ч=3,610⁵ с/год.

По таблице из  8.1 находим Г-постоянную ⁵⁷Со Г=3,64 аГр м²/с Бк. Используя (8.16), определяем годовую эффективную дозу:



Сравнивая полученное значение с пределом дозы для персонала группы А ПД_А=20 мЗв/год, видим, что радиационная обстановка не соответствует нормам – условия труда недопустимы.

ЗадачаАктивность источника нейтронов энергией 5 МэВ А=1 Ки, выход нейтронов  =0,001. Оценить условия труда на рабочем месте, расположенном на расстоянии 1 м от источника, если возможно пребывание работника из числа персонала группы А в течение 100 дней в году по 1 ч ежедневно.

РешениеКак и в предыдущем примере оценка условий труда сводится к определению годовой эффективной дозы и сопоставлении её с пределом дозы для персонала группы А. Продолжительность облучения известна  =3,6 10⁵ с. Для определения годовой эффективной дозы воспользуемся соотношением (8.18), но вначале по (8.17) определим плотность потока нейтронов на данном рабочем месте, переведя расстояние в сантиметры:

Ф=А /4 r²=3,710¹⁰0,001/4 100²=2,910² нетр./см^2 с.

По таблице из  8.1 определяем эффективную дозу на единичный флюенс для нейтронов таких энергий h = 2,72 10^-10 Зв см² (для изотропного поля излучения). Тогда по (8.19) определяем годовую эффективную дозу:

Е=Фh =2,910²2,7210^–103,610⁵=28 мЗв/год.

Сравнивая полученное значение с пределом дозы для персонала группы А ПД_А=20 мЗв/год, видим, что условия труда недопустимы.

8.3. Защита от  -излучения

При прохождении через вещество в результате взаимодействия с ним интенсивность  -излучения падает. Однако законы ослабления  -излучения различаются в зависимости от вида источника ИИ.

Пусть на барьер-поглотитель падает моноэнергетический параллельный пучок  -излучения начальной плотностью потока фотонов Ф_о. Тогда после прохождения в веществе расстояния х плотность потока будет равна:

Ф_х=Ф_о е^{– х}, (8.20)

где  – линейный коэффициент ослабления, 1/см, зависит от материала защиты и энергии фотонов; значения  для некоторых материалов и энергий фотонов приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Линейный коэффициент ослабления

Е , МэВ	 , см–1	 , см–1	 , см–1	 , см–1	 , см–1
	вода	бетон	алюминий	железо	свинец
0,5	0,0966	0,2	0,226	0,646	1,7
1,0	0,0706	0,146	0,165	0,467	0,771
1,25	0,0631	0,131	0,148	0,422	0,658
2,0	0,0494	0,103	0,116	0,333	0,508
10,0	0,0222	0,0529	0,0626	0,234	0,55

Более подробные таблицы коэффициентов  приведены в  8.2 .

Соотношение (8.20) не учитывает рассеяние фотонов и справедливо только для так называемой геометрии узкого пучка, которая создается путем коллимации потока фотонов. Пучок фотонов, не удовлетворяющий этим условиям, называется широким. В абсолютном большинстве случаев при проектировании защиты рассеянием фотонов пренебрегать нельзя. В этом случае плотность потока будет равна:

Ф_х=Ф_о ехр(– х)В(Е , Z,  х),       (8.21)

где В(Е, Z,  х) – фактор накопления, безразмерная величина, показывающая во сколько раз учет рассеяных фотонов увеличивает плотность потока фотонов за защитой.

Фактор накопления зависит от вещества защиты (Z – атомный номер), энергии фотонов Е , толщины защиты х, расположения источника и детектора по отношению к защите, геометрии и компоновке защиты. Фактор накопления может относиться к различным измеряемым параметрам  -излучения: числу фотонов (числовой фактор накопления – В^ч); дозе излучения (дозовый фактор накопления – В^Д). В зависимости от геометрии защиты и расположения источника и детектора относительно её возможны следующие варианты:

1. 
   Источник и детектор помещаются в бесконечной поглощающей и рассеивающей среде (фактор накопления В ).
   
2. 
   Источник находится в бесконечной поглощающей и рассеивающей среде, а детектор – вне её или наоборот, (полубесконечная геометрия В_{1/2 } )
   
3. 
   Источник и детектор разделены защитной средой конечной толщины, имеющей бесконечные поперечные размеры – барьерная геометрия. Это наиболее распространенный случай (фактор накопления В_б).
   
4. 
   Источник и детектор разделены защитной средой, имеющей конечные размеры (фактор накопления В_о).
   

Некоторые значения факторов накопления изотропного источника в барьерной геометрии приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5