основы рад хим и био опас. Лекция 1 Тема лекции Введение. Основы химической и биологической безопасности
Скачать 0.5 Mb.
|
Тема: Приборы для измерения ионизирующих излучений. Технологический повышенный радиационный фон Уголь, сжигаемый в электростанциях или жилых домах, содержит естественные радиоактивные 40K, а также 238U и 232Th в равновесии с их продуктами распада. На современных тепловых электростанциях для производства 1 ГВт/год » 8,7.109 кВт/ч электроэнергии сжигается около 3 млн. т. угля. В угольной золе содержится в среднем такая удельная активность, Б/кг: 256 - 40K , 200 - 238U, 240 - 226Ra, 930 - 210Rh, 110 -- 238Th, 130 - 228Ra, 1700 -210Po, 70 - 232Th [2]. Выброс этих нуклидов в атмосферу зависит от зольности угля и эффективности очистных фильтров электростанций. Если принять зольность угля равной 10%, а коэффициент очистки образующейся золы 0,975, то в год такая электростанция может выбрасывать в атмосферу по расчету, ГБк: 4,0 - 40K, 1,5 - 238U и 226Ra, 5,0 - 210Pb и 210Po и 1,5 - 232Th с продуктами его распада. Отечественные электростанции, работающие на угле с большой зольностью, дают более высокое значение выбросов естественных радионуклидов в атмосферу. Определенное облучение человека возникает в быту и при полетах в самолете (см. табл. П 4 в прил.) Дозы облучения от испытаний ядерного оружия. Источником искусственной радиоактивности во внешней среде в заметном количестве являются радиоактивные выпадения от испытаний ядерных взрывов в атмосфере. После атмосферного взрыва около 50% образовавшихся активных продуктов выпадает в районе испытаний (в радиусе около 100 км) на земную и водную поверхность. Остальная часть уходит в тропосферу или стратосферу. В тропосферу попадают мелкие аэрозольные частицы и находятся в ней 30 сут., в течение которых выпадают на землю. Поэтому с точки зрения дозы облучения в результате выпадения из тропосферы наибольшее значение имеют радионуклиды с периодом полураспада от нескольких суток до двух месяцев, такие, как 131I, 140Ba и 89Sr. В стратосферу уходит большая часть радионуклиов, которые глобально перемешиваются в стратосфере и затем долгое время выпадают в различном количестве на различные участки поверхности всего земного шара. Поэтому глобальные выпадения из стратосферы в убывающем порядке значимости определяются долгоживущими продуктами деления: С 14 , 137Cs , 95Ir , 90Sr , 106Ru , 144Ce , 3H и 239Ru и 240Ru , 241Am, причем три последних нуклида вносят 0,1% общей дозы. Облучение людей радиоактивными продуктами, образовавшимися после испытаний ядерного оружия, складывается из внутреннего облучения (ингаляция радионуклидов с приземным воздухом и поступления их с пищей и водой) и внешнего облучения (излучения радионуклидов, содержащихся в приземном воздухе и на поверхности земли). Дозы облучения от выбросов предприятий ядерной энергетики. В конце 1989 г. в 26 странах эксплуатировалось в общей сложности 416 энергетических реакторов общей мощностью 274 МВт. 100 реакторов строится. По прогнозу НКДАР (см. сокращение обозначений), в мире будет действовать АЭС общей энергетической мощностью 500 ГВт, хотя этот прогноз до некоторой степени носит умозрительный характер [2]. Работа АЭС требует добычи урановой руды, ее переработки в обогащенное ядерное топливо 235U , производства твэлов, переработки обогащенного топлива для последующего использования извлеченного делящегося материала, переработки и захоронения образующихся радиоактивных отходов. Доза облучения от выбросов предприятий ядерной энергетики составляет 0,15% фонового облучения. ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ МЕДЕЦИНСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЯХ И РАДИОТЕРАПИИ Использование ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в медицине для диагностики и радиотерапии является основным источником искусственного облучения человека, превышающим воздействие всех других искусственных источников. Эти дозы создаются при рентгеновской диагностике состояния отдельных органов человека: печени, легких, почек, щитовидной железы и др.) с помощью радиоактивных фармацевтических препаратов (32P, 57Cr, 99 mTc, 133Xe, 131I, 198Au, 203Hg и др.), вводимых внутрь организма; радиационной терапии с использованием радиоактивных источников: 60Co (75,6% всех терапевтических установок), 137Cs (5,6%), бетатронов (6,9%), линейных ускорителей (10,7%) и указанных выше радиофармпрепаратов. Доза облучения костного мозга при рентгенографии зубов может составлять от 60 до 130 мкЗв в черепе, от 140 до 8500 мкЗв в нижней челюсти и от 24 до 1160 мкЗв в шейных позвонках [2]. Поглощенная доза в облучаемом с целью терапии органе очень велика и обычно составляет 20- 60 Гр за несколько сеансов. Доза облучения при применении радиофармацевтических препаратов, как и при изотопной диагностике, может изменяться в широких пределах в зависимости от физико-химических и биологических свойств радионуклида, химического состава препарата, способа его введения в организм и т. п. Индивидуальная доза на отдельный критический орган при использовании радиофармацевтических препаратов измеряется тысячами микрогрей, в отдельных случаях достигая даже единиц грей, а доза излучения на гонады составляет тысячи - десятки тысяч микрогрей на одну процедуру. НОРМЫ РАДИОЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (НРБ –99) НРБ – 99 [I] – предусматривают следующие основные принципы радиационной безопасности: · не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения (принцип нормирования); · запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснования); · поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации). Дозовые пределы, установленные НРБ – 99 не включают дозу, полученную пациентом при медицинских исследованиях и лечении, и дозу, обусловленную естественным фоном излучения. В зависимости от возможных последствий влияния ионизирующих излучений на организм НРБ – 99 установлены следующие категории облучения. Категория А – персонал (профессиональные работники) – лица, которые постоянно или временно непосредственно работают с источниками ионизирующих излучений. Категория Б – персонал, не связанный с источниками ионизирующих излучениями. Коллективные нагрузки в среднем для населения РФ в 1981- 1985гг., характеризующие удельные коллективные (средние индивидуальные) дозы облучения населения за счет всех основных источников облучения, представлены в таблице П 6 (см. в приложении). Данные в табл. П 6 свидетельствуют о решающем вкладе в эффективную эквивалентную дозу ЕРФ, ТИЕРФ за счет пребывания в зданиях, а также рентгенологических и радиоизотопных диагностических исследований. Излучение, обусловленное искусственными радионуклидами, рассеянными в биосфере. 2. Определение содержания вредных газов и паров в воздухе рабочей зоны Определение концентрации газов газоанализатором УГ-2 Назначение и принцип работы Универсальный переносной газоанализатор типа УГ-2 предназначен для определения в воздухе производственных помещений концентрации практически любых вредных газов и паров. Прибор обеспечивает определение содержания вредных газов (паров) в воздухе рабочей зоны при следующих условиях; содержание кислорода, водорода, азота и инертных газов любое; содержание пыли не более 40 мг/м3, давление - 740 - 780 мм ртутного столба, относительная влажность не более 90% и температура от +10°С до +30°С, Принцип работы прибора основан на линейно-колористическом способе экспресс-метода, т. е., на изменении длины окрашенного столбика порошка в индикаторной трубке, полученного при протягивании через неё анализируемого воздуха. Просачивание воздуха осуществляется воздухозаборным устройством газоанализатора. Длина окрашенного столбика индикаторного порошка, пропорциональна концентрации исследуемого газа или пара в воздухе, измеряется по шкале, градуированной в мг/м3. Погрешность показания прибора не более ±10% от верхнего предела каждой шкалы. Наименование анализируемых газов, их ПДК в воздухе рабочей зоны, объем просасываемого воздуха, цвет индикаторных порошков после анализа, пределы измерения, улавливаемые фильтрующим патроном, мешающие при анализе воздуха примеси, приведены в таблице 3. Описание газоанализатора Газоанализатор УГ-2 состоит из воздухозаборного устройства со съемной подставкой для шкал, трех штоков в комплекте, измерительных шкал, индикаторных трубок, фильтрующих патронов и набора принадлежностей с реактивами для приготовления трубок и патронов, а также установки для создания загазованности воздуха. Таблица 3. Характерные показатели при определении концентрации газов и паров газоанализатором
Воздухозаборное устройство Воздухозаборное устройство состоит из резинового сильфона с расположенной внутри стакана пружиной, удерживающей сильфон в растянутом состоянии (рисунок 1). В закрытой части корпуса (1) помещается резиновый сильфон (2) с двумя фланцами (3) и стаканом (4), в котором находится пружина (5). Во внутренних гофрах сильфона установлены запорные кольца (6) для придания сильфону жесткости и сохранения постоянного объема. Рисунок 1. Схема воздухозаборного устройства УГ-2 1 - корпус прибора; 2- резиновый сильфон; 3 - нижний неподвижный фланец сильфона; 4 - стакан пружины сильфона; 5 - пружина сильфона; 6 - распорные кольца; 7 - верхняя плата прибора; 8 - неподвижная направляющая втулка; 9 - шток; 10 - отверстие для хранения штока; 11 - подставка для измерительных шкал; 12 - стопор; 13 - штуцер; 14 - трубка от штурца к нижнему фланцу сильфона; 15 - отводная резиновая трубка от штуцера к индикаторным трубкам; 16 - продольные канавки штока; 17 - углубленная в продольной канавке штока. На верхней плате (7) имеются неподвижная втулка (8) для направления штока (9) при сжатии сильфона, отверстие (10) для хранения штока в нерабочем положении и подставка для измерительных шкал (11). На неподвижной направляющей втулке устроен стопор (12) для фиксации штоком объема воздуха, просасываемого сильфоном. На штуцере (13) с внутренней стороны присоединена резиновая трубка (14), которая через нижний фланец сильфона соединяется с его внутренней полостью. На наружный конец штуцера одета отводная резиновая трубка (15), в которую вставляется индикаторная трубка. К последней, в свою очередь, присоединяется фильтрующий патрон, улавливающий примеси, мешающие анализу воздуха. Просасывание исследуемого воздуха через индикаторную трубку производится после предварительного сжатия сильфона штоком. На гранях (под головкой штока) обозначены объемы просасываемого при анализе воздуха. На цилиндрической поверхности штока имеются четыре продольные канавки (16) с двумя углублениями в каждой (17), служащими для фиксации объема протягиваемого воздуха. Расстояние между углублениями в канавках подобрано таким ообразом, чтобы при ходе штока от одного углубления до другого сильфон просасывал необходимое для анализа данного газа количество воздуха. На подставку для измерительных шкал перед проведением анализа устанавливаются шкалы и индикаторная трубка (для некоторых газов дополнительно еще фильтрующий патрон). Индикаторная трубка и фильтрующий патрон располагаются в специальном зажиме. Подставка с ними и измерительными шкалами легко снимается с гнезда, что позволяет осуществить определение концентрации газов на некотором расстоянии от прибора. Измерительные шкалы, индикаторные трубки и фильтрующие патроны В зависимости от пределов измерений на каждый определяемый газ имеются одна или две шкалы, представляющие пластинки, градуированные в мг/м3 или мг/л (в последнем случае для предоставления данных в мг/м3 результаты анализа надо умножить на 1000). На шкалах указаны химический символ или название газа и объем просасываемого воздуха при анализе в мл. При проведении анализа объемы протягиваемого воздуха, указанные на головке штока и шкале, по которой производится отсчет, должны совпадать. Индикаторная трубка для определения концентрации анализируемого газа в воздухе (рисунок 2) представляет собой стеклянную трубку (1) длиной 90-91 мм и внутренним диаметром 2,5 -2,6 мм, заполненную индикаторным порошком (3). Порошок в трубке удерживается с помощью тонкого слоя 0,5 - 1 мм ваты (5) и пыжей из эмалированной медной проволоки (7), диаметром 0,28 мм. Концы трубок герметизируются колпачками из конторского сургуча, удаляемого перед работой. Фильтрующий патрон (рисунок 2)- это стеклянная трубка (2) диаметром 10 мм, длиной 86 мм с перетяжками, окруженными с обоих концов до 5 и 8 мм. Они заполняются поглотительными порошками (4), служащими для улавливания примесей, мешающих определению газов. Порошок в трубке удерживается двумя тампонами из гигроскопической ваты (6). При проведении анализа оксидов азота за место фильтрующего патрона используется окислительная трубка, а при определении содержания ацетона в воздухе - поглотительная трубка. Рисунок 2. Набор принадлежностей УГ-2. 1 и а - пустая и снаряженная индикаторные трубки; 2 и б - пустой и снаряженный фильтрующие патроны; 3 и 4 - индикаторные и поглотительные порошки; 5 и 6 - тонкий и толстый слои ваты; 7 - пыж; 8 - стальной стержень; 9 - штырек; 10 - ампуль с индикаторным или индикаторным порошками; 11 и 12 - воронки с тонким и толстым концами; 13 - заглушки с резиновой трубкой; 14 - колпачок из конторского сургуча; 15 и 16 - узкий и широкий концы фильтрующего патрона. Маркированная коробка К газоанализатору прилагаются маркированные коробки ЗИП (одна или несколько) с запасами индикаторных и поглотительных порошков в ампулах соответственно для индикаторных трубок и фильтрующих патронов, а также принадлежностями, необходимыми для приготовления последних. В коробку укладываются индикаторные трубки и фильтрующие патроны, запасные неснаряженные трубки и патроны, измерительные шкалы, воронки с тонкими и толстыми концами для заполнения соответствующими порошками индикаторной трубки и фильтрующего патрона, заглушки для патрона, пыжи, стержень для установки тампонов из ваты и пыжей, штырек для удаления их и сургучной головки индикаторной трубки (рисунок 2). Установка для создания искусственной загазованности воздуха (рисунок 3) состоит из мерной бюретки (1), заполненной для легко испаряющейся жидкости (ацетон, бензин и др.) и эксикатора (2), в объеме которого создается определенная концентрация паров жидкостей. Бюретки установлены на пластинке (3), удерживаемой с помощью зажимов (4) и штативов (5). Для создания загазованности из мерной бюретки подают в эксикатор 3-4 капли жидкости, затем закрывают крышку эксикатора пробкой до испарения в нем жидкости. Рисунок 3. Установка для создания загазованности воздуха 1 - бюретки; 2 - эксикатор; 3 - пластика; 4 - зажимы; 5 - штатив-стойка Порядок выполнения работы Приготовление индикаторных трубок. В один из концов стеклянной неснаряженной трубки (1) (рисунок 2) вставляют стальной стержень (8), в его противоположный конец вкладывают прослойку гигроскопической ваты (5) толщиной 0,5 - 1 мм. Прослойка большей толщины не допускается, поскольку увеличивается сопротивление трубки и укорачивает окрашенный столбик порошка при анализе. Затем вату сжимают штырьком (9) до упора со стержнем, вставляют пыж и тем же штырьком проталкивают его в трубке, плотно прижимая к ватной прослойке. После вынимают стержень, вскрывают ампулу с порошком (10) и через воронку с тонким концом (11) индикаторный порошок насыпают в открытый конец трубки до верхнего края. Далее, постукивая по стенке трубки стержнем, уплотняют столбик порошка. Плохое уплотнение порошка увеличивает длину окрашенного столбика и размытости его границы. При всем этом ампула с порошком после использования закрывается заглушкой (13) с резиновой трубкой. Расстояние от тампонов до свободного конца трубки не должно превышать 5 мм. Правильность наполнения индикаторной трубки и уплотнения в ней порошка контролируется временем защелкивания штока при проведении анализа, т.е. временем просасывания воздуха (таблица 1). При анализе воздуха в производственных условиях приготовленные индикаторные трубки необходимо герметизировать колпачками из конторского сургуча (14). Приготовление фильтрующих патронов Согласно данным таблицы 1, применение фильтрующих патронов обязательно при определении содержания в воздухе следующих газов; аммиак, ацетилен, ацетон, бензин, ксилол, сернистый ангидрид, углеводороды нефти и этиловый эфир. Приготовление фильтрующего патрона заключается в следующем: в узкий конец патрона (15) с помощью штырька (9) вкладывают тампон из гигроскопической ваты, толщиной 5 мм (6) и надевают резиновую трубку с заглушкой (13). Затем, держа патрон вертикально, при легком и постоянном постукивании штырьком о стенки патрона, через воронку с толстым концом (12) насыпают фильтрующие порошки (4) одного или нескольких видов, обработанных в какой-либо кислой среде, в зависимости от числа перетяжек патрона. После быстро снимают воронку, вкладывают такой же, как в узком конце патрона, ватный тампон (6) и надевают резиновую трубку с заглушкой (13). При анализе указанных газов патроны со сколькими перетяжками используются, какими фильтрующими порошками и в какой последовательности они заполняются, чем эти порошки обрабатываются, каковы показатели обработанности патронов видно из таблицы 4. Таблица 4. Химические реактивы, используемые при приготовлении фильтрующих патронов.
Проведение анализа Для проведения анализа необходимо подобрать соответствующие анализируемому газу набор химических реактивов и согласно пунктам 3.2.1.3.1 и 3.2.1.3.2 приготовить 2 - 3 индикаторных трубки и один фильтрующий патрон, если это требуется по условиям указанным в таблице 3 и 4. В эксикаторе создать загазованность воздуха, подав в него 3-4 капли испаряющейся жидкости. Открыть крышку воздухозаборного устройства (рисунок 1), отвести отпор (12) и в направляющую втулку (8) вставить шток (9) так, чтобы стопор скользил по канавке (16) штока, над которой указан объем просасываемого воздуха. Далее давлением руки на головку штока сжимаем сильфон (2) до тех пор, пока наконечник стопора не совпадет с верхним углублением (17) на канавке штока, фиксируем сильфон в сжатом состоянии. Затем один конец индикаторной трубки вставить в отводную резиновую трубку (15) прибора, а другой свободный конец поместить в эксикатор (рисунок 3). Надавливая одной рукой на головку штока, другой оттягивать стопор, при этом шток начнет плавно подниматься, а воздух просасываться через индикаторную трубку. Как только шток начнет двигаться стопор нужно отпустить. После протягивания указанного на штоке объема воздуха наконечник стопора войдет в нижнее отверстие канавки штока и будет слышен щелчок. Часть столбика порошка в индикаторной трубке со стороны всоса воздуха меняет свою цветовую окраску. Затем индикаторную трубку освобождают и производят отсчет концентрации газа по соответствующей шкале. При измерении необходимо совместить начало измененной окраски столбика индикаторного порошка с нулевым делением шкалы и снять отсчет. На основании полученных данных составить отчет о проделанной работе с занесением результатов в таблицу. 2.1.4 Меры безопасности при работе с УГ-2 1) При проведении анализа необходимо соблюдать меры безопасности при работе с определяемым газом. 2) Необходимо соблюдать осторожность при обращении со стеклом. 3) Не допускать попадания индикаторных порошков на кожу и в глаза. 4) При работе с индикаторными порошками во избежание повреждения и загрязнения ими одежды рекомендуется работать над столом или в прорезиненном фартуке. 5) По окончании работы и перед принятием пищи следует тщательно вымыть руки водой с мылом. 6) Применять индикаторные трубки без наружного повреждения. 7) Использовать индикаторные и фильтрующие порошки только из неповрежденных ампул. 8) Индикаторные и фильтрующие порошки запрещается хранить открытыми. 9) Строго соблюдать инструкции по приготовлению индикаторных трубок и фильтрующих патронов. 10) Газоанализатор необходимо проверять на герметичность газовой системы не реже двух раз в месяц. Для этого сильфон сжимают штоком до верхнего отверстия в канавке штока в объеме 300 или 400 мл и фиксируют в таком положении стопором. Резиновую трубку перегибают, сжимают зажимом и отпускают стопор. При этом шток после первоначального рывка не должен двигаться в течение 10 мин, что свидетельствует о герметичности прибора. Определение концентрации газов газоопределителем ГХ-4 Назначение и описание прибора. Газоопределитель химический типа ГХ-4 представляет собой портативный прибор ручного действия. Предназначен для определения содержания вредных газов в рудничной атмосфере экспресс-методом. В нем в качестве аспиратора используется устройство АМ-6, которое служит для просасывания воздуха через индикаторную трубку. Объем просасываемого воздуха за полный ход мехового насоса 100 ±5 мл, погрешность измерения не превышает ±10%. Вид определяемых газов, объемы проб и пределы измерений приводятся в таблице 5. Таблица 5. Показатель прибора ГХ-4 с меховым аспиратором АМ-6.
Прибор ГХ-4 состоит из мехового аспиратора АМ-6 сильфонного типа и набора индикаторных трубок, изготавливаемых на заводе (рисунок 4). Основной частью аспиратора является резиновый мех (3), который закреплен на крышках с накладками. Внутри меха расположены две пружины (2), удерживающие его в разжатом положении. Проушина (1) предназначена для отламывания концов индикаторной трубки. Выпускной клапан (7) обеспечивает выход воздуха из меха при его сжатии. Ремешок (4) ограничивает ход меха и винт (5) с цепочкой служит для регулирования объема всасываемого воздуха. Аспиратор приводится в действие одной рукой. При сжатии меха воздух не выходит через индикаторную трубку, вставленную в мундштук (8) аспиратора, т. к она представляет собой значительно большее сопротивление, чем выпускной клапан. При обратном ходе меха клапан закрывается под влиянием разрежения в аспираторе. Воздух проходит в аспиратор только через индикаторную трубку, и мех снова принимает первоначальный объем. Индикаторная трубка (9) представляет стеклянную трубку, заполненную специальным реагентом. Наружный диаметр трубки 7 мм, длина 125 мм, концы оттянуты и запаяны. Для облегчения отсчета результатов анализа на поверхности трубки в области реактивного слоя нанесены кольца с соответствующими значениями концентрации определяемого газа. Стрелка на трубке указывает направление движения исследуемого воздуха. При взаимодействии просасываемого воздуха с реактивным порошком, последний, принимает окраску от окиси углерода - зеленую, от сернистого газа - темно-синюю, от сероводорода - коричневую и от окислов азота - фиолетовую. Срок годности индикаторных трубок - 15 месяцев со дня изготовления. Рисунок 4. Общий вид мехового аспиратора АМ-6 Порядок выполнения работы Перед работой проверяет герметичность аспиратора. Для этого плотно вставляют в мундштук аспиратора неоткрытую индикаторную трубку, и мех сжимают рукой до упора. Прибор считается герметичным, если в течение 10 минут сжатый мех полностью не раскрылся и ремешок не натянулся. Для точности анализа перед пользованием аспиратор необходимо проверять и на время раскрытие меха без индикаторной трубки (т.е., на исправность пружин жесткости), которое должно составлять 1 - 2 с. Если это время значительно больше указанного, то следует проверить защитную сетку, находящуюся в мундштуке. При загрязнении её следует вынуть и очистить. После проверки герметичности аспиратора вскрыть индикаторную трубку путем отламывания обоих её концов в проушине аспиратора. Трубку плотно вставить в мундштук так, чтобы стрелка на трубке показывала направление к аспиратору. Затем правой рукой, плотно обхватив корпус прибора, сжать резиновый мех до упора и тут же отпустить его. Конец всасывания определяется натяжением ремешка. После этого одного хода меха, если появилась окраска порошка и достигла или превысила одно деление шкалы, то анализ считается законченным. Если же окраска порошка не появилась или не достигла первого деления шкалы, то делают ещё девять ходов меха (только при анализе окиси углерода). Десять сжатий меха обеспечивают просасывание 1 л воздуха. Затем определяют концентрацию анализируемого газа. Для этого начало окрашенного столбика порошка надо совместить с нулевым делением шкалы и снять отсчет. Концентрация окиси углерода, при прохождении через индикаторную трубку 100 мл воздуха находится по левой шкале, имеющейся на футляре-кассете для трубок, а при прохождении 1000 мл (за десять ходов меха) воздуха - по правой шкале. Процентную концентрацию анализируемых газов переводят в весовую, пользуясь данными нижеприведенной таблицы (таблица 6). Составляют отчет о проделанной работе с занесением результатов анализа газов в воздухе производственных помещений в таблицу. Таблица 6. Таблица перевод процентной концентрации некоторых газов в объемную.
Практическое занятие №4 |