основы рад хим и био опас. Лекция 1 Тема лекции Введение. Основы химической и биологической безопасности
 Скачать 0.5 Mb.
|
Учебные вопросы:1 Чем характеризуется активность (А) радиоактивного вещества? 2 В каких единицах измеряется активность, поглощенная и эквивалентна доза в системе СИ? 3 В каких единицах измеряется экспозиционная доза в системе СИ? 4 Какое излучение считается в 20 раз опаснее других излучений? 5 Что такое удельная активность радионуклидов? 6 В каких единицах измеряется удельная активность радионуклеидов? 7 В каких единицах измеряется плотность загрязнения? 8 На какую глубину проникают - частицы в ткани организма? 9 Что называется мощностью поглощений и экспозиционной доз? 10 Что такое плотность загрязнения радионуклидами? Рекомендуемая литература1 Промышленная безопасность. Журнал (№№ 1 – 11). 1993 г. 2 П.А. Долин. Справочник по технике безопасности. 3 Шубин С.П. Гражданская оборона. Высшая школа. 1996. 4 Мальцев В.А. Промышленная безопасность. М.: 1996. Цивиков М.П., Никаноров А.А., Серлин Б.М. Инженерно-спасательные работы. 6 Бесков B.C., Софронов B.C. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. - Москва: Химия, 1999. Форстер К.Ф. Экологическая биотехнология. - Москва: Знание, 1986. Цыганков А.Н. Экология и технология. - Москва: Знание, 1976. Белов А.Д. и др. Радиобиология. - Москва: Колос, 1999. Арустамов Э.А. Безопасность жизнедеятельности. - Москва: ИВЦ Маркетинг, 2000. Практическое занятие №1 Тема: Принцип расчета доз при внутреннем облучении. Классификация вредных веществ по характеру и степени воздействия на организм Согласно ГОСТ 12.0.003-74 "ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация", группа вредных веществ по характеру воздействия на организм человека подразделяются на шесть подгрупп (таб.1). Таблица 1. Классификация вредных веществ по характеру воздействия на организм.
В соответствии с ГОСТ 12.1.007.-76 "ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности" по степени воздействия на организм человека все вредные вещества подразделяются на 4 класса опасности: 1 - вещества чрезвычайно опасные (бензопирены, ртуть, свинец, озон, фосген, гексохлоран, гидразин, двуокись хлора, бромистый метил, карбонил никеля и др.), 2 - вещества высоко опасные (оксиды азота, бензол, йод, марганец, медь, хлор, сероводород, едкие щелочи, серная и соляная кислота, кобальт и его окись и т. д ); 3 - вещества умеренно опасные (ацетон, ксилол, сернистый ангидрид, метиловый спирт, фенол, толуол); 4 - вещества мало опасные (аммиак, бензин, сода, скипидар, этиловый спирт, оксид углерода и др.). Класс опасности вредных веществ устанавливается в зависимости от показателей и их норм, характеризующих эффект воздействия ядов на организм по путям их проникновения (таблица 2). При этом определение класса опасности производится по тому показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности. Таблица 2. - Показатели и их нормы по установлению класса опасности вредных веществ.
1.4 Гигиеническая оценка воздействия на организм вредных газов и паров При любой форме отравления характер и степень воздействия вредных веществ (ВВ) предопределяются их физиологической активностью (токсичностью) и концентрацией (дозой). Поэтому для оценки токсичности и класса опасности промышленных ядов в воздухе рабочей зоны (таблица 2), принят гигиенический показатель - предельно-допустимая концентрация ВВ (ПДКрз), определение которой дано в п.1.1. Его нельзя смешивать с ПДКнм токсичных веществ в воздухе населенных мест. Он значительно ниже, чем ПДКрз, и имеет два значения: максимально-разовая и среднесуточная концентрации. ПДКрз является основополагающим показателем в нормировании условий труда, в разработке организационных и инженерно-технических мероприятий по профилактике профессиональных отравлений. В настоящее время на территории бывшего СССР установлены ПДКрз для широко распространенных ВВ. Многие из них приведены в ГОСТ 12.1.005-88 "ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны". Для некоторых вредных газов и паров, содержание которых в воздухе рабочей зоны определяется экспресс - методом, значения ПДКп представлены в таблице 3. В воздухе производственных помещений нередко присутствуют несколько вредных примесей. Если они не однонаправленного действия, т, е. не производят суммарный эффект, то их средневзвешенная ГДК рассчитывается по формуле  где ПДКА, ПДКB, ..., ПДКК - предельно-допустимые концентрации вредных веществ А, В, ..., К, мг/м3; ПА, ПB, ... ПK - процентное содержание тех же веществ в их общей сумме, принимаемой за 100%. Если ВВ оказывают суммарный эффект (независимо от того оказывают они взаимоусиливающее или ослабляющее действие), то их гигиеническую оценку производят в соответствии с условием  где СА, СB, .., СK - фактические концентрации ВВ в воздухе рабочей зоны, мг/м3, Эффектом суммарного действия обладает ряд токсических веществ; азот и диоксид серы, сероводород и диоксид серы, ацетон и фенол, сильные минеральные кислоты (серная, соляная, азотная), некоторые углеводороды (этилен, пропилен, бутилен и др.) и т.д. Обладая относительно небольшой ионизирующей способностью (в тысячи раз меньшей a-излучения), гамма-излучение (g- квант электромагнитной энергии) распространяется в воздухе на расстояние в несколько сот метров. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов. Поэтому гамма - излучение называют проникающим [5]. Для оценки проникающей способности гамма - излучения введено понятие «слой половинного ослабления», т. е. слой материала, ослабляющий излучение в два раза. Так для свинца он ориентировочно составляет 2 , бетона - 10, грунта - 14, воды - 23, полиэтилена - 24, древесины - 33 см. Гамма-излучение представляет основную опасность для человека, как источник внешнего облучения. Для оценки воздействия ионизирующих излучений используется понятие «доза» [3]. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения. Экспозиционная доза - это доза излучения в воздухе. Она характеризует потенциальную опасность воздействия излучения при общем и равномерном облучении тела человека (рис. 2). Экспозиционная доза Дэкс - полный заряд d Q ионов одного знака, возникающий в воздухе при полном торможении всех электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, деленный на массу воздуха в этом объеме [1,17]. Единица экспозиционной дозы в СИ - кулон, деленный на килограмм (Кл / кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы, широко применяемой в медицине и работах по радиационной защите, является рентген (Р). Внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы (уровня радиации) является рентген в час (Р / ч), производные единицы : миллирентген в час (мР / ч) - 10 -3 Р/ч, микрорентген в час (мк / Р/ч) - 10 -6 Р/ч. Эти единицы широко используются при измерениях в дозиметрических приборах. В процессе лучевой болезни выделяют 4 периода: первичной лучевой реакции, скрытный (латентный), разгара и восстановления (выздоровления). В зависимости от полученной дозы различают 4 степени лучевой болезни. Лучевая болезнь 1-й степени (легкая степень поражения) возникает при однократной дозе облучения 1- 2 Гр. Период первичной реакции начинается уже через 2- 3 часа и длится до одних суток. Он сопровождается общей слабостью, повышенной утомляемостью, тошнотой, у некоторых однократной рвотой. Эти признаки выражены слабо и обычно исчезают через сутки. Скрытый период длится 3- 5 недель. Период разгара- 10- 15 суток. Выздоровление через 1- 2 месяца [6,7]. Лучевая болезнь 2-й степени (средней тяжести) возникает при дозе облучения 2- 4 Гр. Период первичной реакции начинается через 1- 2 часа и длится до двух суток. Он сопровождается сильной головной болью, значительным повышением температуры, тошнотой и рвотой, расстройством функций желудочно-кишечного тракта, появлением кровотечений из внутренних органов. Скрытый период длится 10- 15 суток. Выздоровление через 2- 3 месяца. Смертельный исход 20%. Лучевая болезнь 3-й степени (тяжелая степень поражения) возникает при дозах облучения 4- 6 Гр. Период первичной реакции начинается через 10- 60 минут и длится до 3- 4 суток. Он сопровождается многократной, иногда неукротимой рвотой в течении 5-8 часов, резкой слабостью, головной болью, головокружением, шаткой походкой, жаждой . Скрытый период длится 5- 10 суток. Период разгара - до 3- 4 недель. Выздоровление возможно в условиях проведения своевременного и эффективного лечения через 3- 6 месяцев. Смертность до 70%. Лучевая болезнь 4-й степени (крайне тяжелая степень поражения) развивается при дозах облучения свыше 6 Гр. Период первичной реакции начинается через 10- 15 минут и длится 3- 4 суток. Характеризуется неукротимой рвотой, тяжелым состоянием . Скрытый период отсутствует. Период разгара - как и при тяжелой стадии. Выздоровление маловероятно. Смерть в течение двух недель. Лучевое поражение кожи, как и лучевая болезнь, протекает в четыре стадии: ранняя лучевая реакция, скрытый период, период разгара и период заживления. В зависимости от полученной дозы поражения кожи могут быть: легкой степени - при местном облучении в дозах 8 - 10 Гр, средней - 10 - 20 Гр и тяжелой - 30 Гр и более. Продолжительность скрытого периода при легкой и тяжелой степени составляет соответственно от 2 до 1 недели. Полное восстановление кожи длится от 2 до 6 месяцев и сопровождается шелушением, пигментацией кожи, а при тяжелой степени - образованием эрозии и язв. А какова опасность внутреннего облучения людей радионуклидами, попавшими внутрь организма? Она, как установлено, зависит от многих факторов: физико-химических свойств радионуклидов, путей и продолжительности их поступления в организм, скорости выделения и другого. Основными путями поступления радионуклидов внутрь организма человека являются ингаляционный (через органы дыхания) и так называемый пероральный (через желудочно-кишечный тракт). При поступлении радионуклидов в легкие с вдыхаемым воздухом важное значение имеет степень дисперсности твердых частиц, склонность радионуклидов к гидролизу (реакции обменного разложения между радионуклидами и водой), период полураспада радионуклидов и другое. Так, крупные частицы (более 5 микрон) почти все задерживаются в верхних дыхательных путях и не попадают в кровь. Более мелкие частицы (менее 1 микрона) частично выдыхаются обратно, часть их задерживается в верхних дыхательных путях и около 25 процентов всасываются в кровь. При хронических поступлениях происходит накопление радионуклидов в органах дыхания. Поэтому в некоторых случаях критическим органом по облучению могут быть легкие. Попадая в организм через желудочно-кишечный тракт, некоторые радионуклиды распределяются в нем более или менее равномерно, другие концентрируются преимущественно в отдельных органах. Следует заметить, что накопление радионуклидов при хроническом поступлении неодинаково и характеризуется кратностью накопления, т. е. отношением максимального накопленного количества радионуклида в организме или органе к величине ежедневного накопления. Кратность накопления зависит от всасывания радионуклида, скорости его выделения вследствие обменных процессов и периода полураспада радионуклида. Например, йод-131 накапливается в щитовидной железе с кратностью 164; цезий- 137 - в мышечной ткани с кратностью 2,6, в легких - 0,2; стронций-90 - в скелете с кратностью 91. Скорость выведения радионуклида из организма зависит от его биологического периода полувыведения Т6 (времени, в течение которого выводится половина попавшего в организм вещества) и период полураспада Т, которые вместе определяют эффективный биологический период полувыведения Тэф. При этом, если Т . Т6, то Тэф =Т6. И наоборот, если Т . Т6, то Тэф = Т. Труднее всего удаляются из организма радионуклиды, химически связанные с костной тканью; легче - накапливаемые в мягких тканях. Практическое занятие №2 Тема: Основные методы измерения радиоактивности. Методы контроля состояния воздуха рабочей зоны В каждом производственном помещении организуется систематический контроль за содержанием вредных газов, паров и пыли в воздухе рабочей зоны. При этом места отбора проб воздуха определяются органами санитарного надзора. Все средства контроля должны обеспечивать избирательное определение содержания ВВ на уровне 0,5 ПДК (в приточном воздухе - 0,3 ПДК) в течение не более 30 мин; точность измерений в пределах ±10%; специфическое определение содержания ВВ в присутствии других веществ, максимальная ошибка измерения не должна превышать ±25%, Все известные методы анализа загазованности воздушной среды подразделяются на основные три группы: лабораторные, экспрессные и автоматические. Они базируются на следующих физико-химических способах определения содержания вредных примесей воздуха: лабораторные на фотометрических, люминесцентных, хроматографических, спектроскопических, полярографических; экспрессные на колориметрических, линейно-колористических. Фотометрический способ основан на способности светопоглощения окрашенными растворами. Люминесцентный - на свойствах некоторых веществ отдавать поглощенную ими энергию в виде светового излучения. Спектроскопический - на способности элементов, помещенных в пламя вольтовой дуги с температурой 3500 - 4000 °С, давать определенный спектр излучения. Полярографический - на измерении предельного тока диффузии, возникающего при электролизе испытуемого раствора с помощью ртутных электродов. Хроматографический - на различной растворимости компонентов газовой смеси в органическом растворителе. Колориметрический - на протягивании загрязненного воздуха через раствор, фильтровальную бумагу или зернистый твердый сорбент и измерении длины окрашенного столбика порошка по заранее приготовленным шкалам, показывающим зависимость этой длины от концентрации вредной примеси. Лабораторные методы анализа состояния воздуха наиболее точны, но неоперативны и требуют много времени, квалифицированного работника и сложного оборудования. Поэтому они применяются в основном при проведении научно-исследовательских работ. Автоматические методы позволяют быстро, точно и беспрерывно получать информацию о содержании вредных веществ в воздухе помещений. Однако, они также требуют сложного оборудования, что не всегда оправдано на производстве. Вследствие этого их используют, главным образом, в пожаро- и взрывоопасных процессах. В качестве примера можно указать на газоанализаторы типа ПГФ, СКВ-ЗМ, СГП-1 и др. Они настраиваются на уровень ПДК опасных веществ в воздухе помещения, подают сигнал в случае превышения этого уровня и обеспечивают осуществление автоматических профилактических мер (пожаротушение, отключение электроэнергии, включение аварийной вентиляции и др ). В практике промышленных предприятий все большее применение нашли экспрессные методы и особенно их линейно-колористический способ. Объясняется это тем, что с его помощью за сравнительно короткий срок (3 - 20 мин) удается получить достаточно точные данные о содержании токсичных веществ в воздухе рабочей зоны. В производственных условиях это чрезвычайно важно, поскольку позволяет оперативно оценить качество воздуха и принять необходимые меры безопасности Кроме того, этот способ не требует для проведения анализа громоздкого оборудования и квалифицированного персонала. Линейно-колористический способ экспресс-метода анализа воздуха осуществляется химическими газоанализаторами УГ-2 и газоопределителем ГХ-4. Ниже излагается порядок определения содержания вредных газов и паров в воздухе производственных помещений экспресс-методом с помощью УГ-2 и ГХ-4. 3. Расчет естественной вентиляции помещений При естественной вентиляции помещений основной расчетной величиной является необходимое для проветривания количество воздуха. При периодических газовыделениях оно может быть установлено по следующей зависимости:  где V- объем помещения, м3; tn - время проветривания, с; Сизм - измеренное значение концентрации газа, мг/м3; Сдоп - предельно-допустимая концентрация газа, мг/м3. Если вентиляция осуществляется с помощью вытяжного воздуховода, то его сечение нетрудно вычислить исходя из величины скорости естественной тяги, обусловленной температурным балансом воздуха по формуле:  где Н - длина вытяжного воздуховода, м, γн - плотность наружного воздуха, кг/м3 ; γв - плотность воздуха внутри помещения, кг/м3 ; g - ускорение силы тяжести, м/с2; K - суммарный коэффициент местных сопротивлений воздуховода, учитывающий шерховатость стенок, наличие поворотов, сужений и расширений канала и пр. Величины γн и γв выбираются из таблицы 7 в зависимости от значения температуры воздуха. Таблица 7. Зависимость плотности воздуха от его температуры.
Продолжение таблицы 7
В случае, если вытяжное вентиляционное отведение закрыто предохранительной решеткой, то в вычисленное значение F следует ввести соответствующую поправку на увеличение сечения, равную δ=1.1-1.3. Тогда Fист=δ*F , м2. ФОНОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА Фоновое облучение человека создается естественными источниками радиации (космического и земного происхождения) и источниками, использующимися в медицине, в атомной энергетике, и радиоактивными осадками. Облучение от естественных источников превосходит облучение от многих других источников и является важным фактором мутагенеза, существенного для эволюции живых организмов в биосфере. Доза космического излучения. Космическое излучение подразделяют на галактическое излучение и солнечное, которое связано с солнечными вспышками. Первичные космические частицы составляют в основном протоны, а также более тяжелые ядра, обладающие чрезвычайно высокой энергией (отдельные частицы до 109 эВ. Взаимодействуя с атмосферой Земли, эти частицы проникают до высоты 20 км над уровнем моря и образуют вторичное высокоэнергетическое излучение, состоящее из мезонов, нейтронов, протонов, электронов, фотонов и т. п. Интенсивность космического излучения зависит от солнечной активности, географического расположения объекта и возрастает с высотой на уровнем моря. Для средних широт на уровне моря доза на открытой местности на мягкие ткани вследствие космического излучения составляет 0,28 мГр/год, нейтронная компонента дает дополнительную дозу 3,5.10-6 Гр/год. Если коэффициент качества облучения нейтронами принять равным шести, то эффективная эквивалентная доза космического излучения составляет примерно 300 мкЗв/год. В связи с недавними рекомендациями МКРЗ коэффициенту качества нейтронов эффективную квивалентную дозу нейтронной компоненты следует увеличивать вдвое. Вклад различных источников ионизирующих излучений и естественного радиационного фона в дозу облучения населенияю Доза от природных источников. В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов, которые можно разделить на две категории: первичные и космогенные. Первичные подразделены на две группы: радионуклиды урано-радиевого и ториевого рядов и радионуклиды, находящиеся вне этих радиоактивных рядов. В первую группу входят 32 радионуклида - продукты распада урана и тория; во вторую - 11 долгоживущих радионуклидов (40К, 87Rb и др.), имеющие Т1/2 от 107 до 1015 лет.[2]. Внешнее облучение человека от указанных естественных радионуклидов вне помещений (зданий) обусловлено их присутствием в различных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере и биосфере). Из таблицы П 3 (см. приложение) видно, что эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения вдвое больше дозы внешнего облучения. Короткоживущие продукты распада 222Rn (радон) имеют важнейшее значение, поскольку создают около 60% эффективного дозового эквивалента внутреннего облучения, далее следует 40К (13%), Короткоживущие продукты распада 220Rn (Tn) - 13% и 210Pb - 210Po (8%). Вклад космического излучения в эффективную дозу внешнего облучения заметно меньше, чем излучение от Земли. Значительно большую дозу получают люди, проживающие высоко над уровнем моря или в районах с высокой природной радиоактивностью. Однако вклады этих районов в годовую глобальную эффективную эквивалентную дозу пока не оценены. Из таблицы П 3 видно, что средняя эффективная доза для лиц, проживающих в районах с нормальным природным радиационным фоном, составляет 2 мЗв в год. Для детей в возрасте до 10 лет эта доза немного больше, в основном из-за ингаляции продуктов распада радона, и составляет 3 мЗв/год. В таблице П 3 приведены также расчетные значения средневзвешенной дозы облучения населения РФ, в основном проживающего на равнинных территориях [2]. Доза от искусственных источников в окружающей среде и в быту. В результате деятельности человека во внешней среде появились искусственные радионуклиды и источники излучения. В связи с индустриализацией в природную среду стали поступать в больших количествах естественные радионуклиды, извлекаемые из глубин земли вместе с углем, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. Для оценки изменения естественного радиационного фона под влиянием хозяйственной деятельности человека используют термин «технологически повышенный естественный радиационный фон»[2]. В него не включают поступившие в среду искусственные радиоактивные вещества от испытаний ядерного оружия, от работы предприятий ядерно-энергетического топливного цикла. Однако к нему относятся такие источники, как геотермические электростанции, создающие в среднем выброс около 400 ТБк 222Rh на 1 ГВт/год выработанной электроэнергии; фосфорные удобрения, содержащие, например, 226Pa и 238U, до 70 Бк/кг в кольском апатите и 400 Бк/кг в фосфорите; дополнительное облучение при полете в самолете; 226Ra, 147Pm и 3H, используемые для светосоставов постоянного действия; цветные телевизоры, а также электронные и электрические устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение, радионуклид 210Po, используемый для снятия статического заряда в некоторых производствах; пожарные дымовые детекторы, содержащие 226Ra, 238Pu или 241Am; керамическая или стеклянная посуда, содержащие уран и торий и др. Практическое занятие №3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||