124- Безопасность жизнедеятельности_Абрамов В.В_2013 -365с. Учебное пособие для вузов СанктПетербург 2013 2 В. В. Абрамов безопасность жизнедеятельности
 Скачать 3.07 Mb.
|
|
Раздел пятый ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА Техногенный фактор – наиболее распространённая причина возникновения чрезвычайных ситуаций. В России на их долю приходится около 90% всех ЧС. 19. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 19.1 Основные понятия В 1896 г. французским физиком Анри Беккерелем при изучении флюоресценции был открыт неизвестный ранее вид излучения, испускаемый урановой смолкой. Необычность этого излучения состояла в его небывалой проникающей способности. В частности, оно без труда проникало через картон и черную бумагу, засвечивая фотоматериалы. Через два года, в 1898 г. физиками Пьером и Марией Кюри были открыты новые химических элементов со сходным излучением, названные Полонием (в честь полячки Марии Склодовской-Кюри) и Радием (излучающим). Отсюда берёт своё начало терминология, относящаяся к рассматриваемой теме: радиоактивное излучение, радиоактивные материалы, радиационная опасность, радиометрия и т.д. Исследование радиоактивного излучения в постоянном электрическом поле показало его сложную природу. Первоначально однородное излучение разложилось на три составляющие: часть его отклонилось к отрицательно заряженной пластине, создающей электрическое поле, другая часть - к положительно заряженной, а третья – не изменила первоначального направления. Этот интересный факт требовал описания, для чего составные части радиоактивного излучения должны быть хотя бы названы. Однако, названий они не удостоились, а были просто пронумерованы первыми буквами греческого алфавита: α, β, γ. Более детальное изучение показало, что α-составляющая есть поток частиц, α-частиц, а, конкретнее, ядер атомов гелия 4 Не 2+ ; β-составляющая 148 есть не что иное, как поток электронов; и только не взаимодействующая с электрическим полем γ-составляющая, оказалась электромагнитным излучением. Было также установлено, что радиоактивное излучение представляет опасность для здоровья человека. Следовательно, опасны и его составные части. Возникло понятие о радиационноопасных объектах, имеющих отношение к радиации (радиоактивному излучению или его компонентам). Вскоре понятия «радиоактивность» и радиационноопасные объекты были распространены на процессы и объекты, не связанные с радиоактивными материалами, например, на космические лучи (опасны не только ядра атомов гелия, но ядра атомов водорода (протоны (р или 1 Н 1+ )), ядра других атомов, входящих в состав космического излучения (в нём обнаружены ядра вплоть до 55 Fe 26+ ), отсюда вытекает радиационная опасность космических полётов, авиаперелётов, высокогорных восхождений). β-частица – электрон – элементарная частица, следовательно, можно предположить, что элементарные частицы тоже представляют радиационную опасность. Было установлено, что понятие о радиационноопасном объекте распространяется и на источники других элементарных частиц - нейтронов, позитронов и т.д. ϒ-лучи – жесткое коротковолновое ионизирующее электромагнитное излучение. Ближайшим по свойствам ϒ-излучению оказалось рентгеновское излучение, поэтому рентгеновские излучатели и предприятия и организации, использующие их, отнесены к радиационноопасным объектам. 19.2 Классификация радиационно опасных объектов К радиационно опасным объектам относятся. 1. Атомные электростанции. Роль атомных электростанций в структуре мировой выработки электроэнергии неуклонно возрастает. Россия (в составе СССР) запустила первый в мире атомный реактор в мирных целях, но постепенно утрачивала свои передовые позиции. В настоящее время ситуация с числом действующих реакторов в мире по данным МАГАТЭ и Росатома такова: США – 104, Франция – 59, Япония – 55, Россия - 31, Великобритания – 23, Южная Корея – 20, Канада – 18, Германия – 17, Украина – 15. Сейчас доля вырабатываемой на АЭС России электроэнергии составляет 16%. Поставлена задача, построив к 2030 г. 40 реакторов, довести эту долю до 25%. 2. Предприятия по изготовлению ядерного топлива, боевых зарядов и др. 3. Предприятия по переработке отработанного ядерного топлива и захоронению радиоактивных отходов (к 2005 г. в России накоплено более 70 млн. тонн твёрдых радиоактивных отходов). 4. Военные объекты с ядерными боеголовками. 5. Учреждения, имеющие исследовательские реакторы и 149 испытательные стенды. 6. Предприятия и организации, использующие радиоактивные изотопы в своей деятельности (онкологические клиники, дефектоскопические лаборатории и т.д.). 7. Транспортные средства, имеющие ядерно-энергетические установки. 8. Предприятия и организации по ремонту и испытаниям объектов, связанных с ионизирующим излучением. 9. Транспортные средства, перевозящие радиоактивные материалы. 10. Последствия Чернобыльской аварии, выразившиеся в радиационно зараженных участках местности. 19.3 Единицы измерения активности, доз излучения (поглощения) Если речь идёт о радиационной опасности, естественно должен встать вопрос о её измерении и о единицах измерения. В силу ряда объективных и субъективных обстоятельств этот вопрос оказался и сложен (из-за трудностей восприятия физической информации – объективный фактор) и, даже, запутан (субъективный фактор). Разобраться в непростой ситуации должны помочь два замечания. 1. Все рассматриваемые далее единицы можно разделить на две принципиально различающиеся группы. Одни единицы можно отнести к факту испускания излучения – это единицы активности. Другие единицы характеризуют энергию излучения – это единицы доз. 2. Заслуги русских и советских физиков в мировой науке несомненны и никем не оспариваются. Во многих разделах физики они оказывались первооткрывателями. Вполне естественным было право давать свои названия различным эффектам, явлениям, процессам, единицам измерения. В процессе научного соперничества (и, в известной мере, политического противостояния государств) западные физики создали отличную от принятой в Советском союзе Международную систему единиц (System International, SI, СИ). Сознавая важность международного сотрудничества во всех областях культуры и науки, Советское Правительство в 1961 г. постановило перейти на систему СИ, обозначив окончание перехода в 1981 г. Предполагалось, что за двадцатилетний срок все ученики, обучающиеся в школе, начиная с 1961 г., будут научены по-новому, все, окончившие учебные заведения раньше этого года, будут переучены, а все учебники и вся научная и техническая документация будет переработана. С 1981 г. повсеместное применение должна была найти только Международная система единиц. Однако приходится констатировать, что это не произошло вплоть до настоящего времени. В частности, все рекорды неистребимости бьёт Рентген – «дважды запрещенная» с 1981 г. к употреблению единица измерения. С одной стороны, она относится к понятию «экспозиционная доза», не рассматриваемому в СИ, а, кроме того, она относится к внесистемным единицам. До сих пор в различного рода литературе, особенно часто в, так 150 называемой массовой, популярной, встречаются и другие внесистемные единицы, поэтому считаем необходимым дать представление о всех единицах измерения. Активность радионуклида в источнике А – отношение числа dN спонтанных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида в источнике, происходящих за интервал времени dt, к этому интервалу времени: A=dN/dt. Беккерель (Бк) равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один спонтанный переход из определенного ядерно-энергетического состояния этого радионуклида. 1 Бк = 1 с -1 . (Спонтанный переход из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида можно принять за распад радионуклида, тогда упрощенно 1 Беккерель можно представлять как 1 распад в секунду (расп/с).) Кюри – внесистемная единица (см. табл. 19.1). Таблица 19.1 Единицы измерения активности, доз излучения (поглощения) Измеряемая Величина Единица в СИ Внесистемная единица Примечания Активность, А Беккерель 1 Бк = 1 с -1 Кюри 1 Ки = 3,7 × 10 10 с -1 1 Бк = 2,7 × 10 -11 Ки 1 Ки = 3,7 × 10 10 Бк Поглощенная доза (доза излучения), D Грей 1 Гр = 1 Дж/кг рад 1 рад = 100 эрг/г 1 Гр = 100 рад 1 рад = 10 -2 Гр Эквивалентная доза, D экв = QD Зиверт 1 Зв = 1 Дж/кг бэр 1 бэр = 100 эрг/г 1 Зв = 100 бэр 1 бэр = 10 -2 Зв Зв = QГр; бэр = Qрад при Q = 1 1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад Экспозицион- ная доза, Х (Без названия) Кл/кг Рентген 1 Р = 2,58 × 10 -4 Кл/кг 1 Р = 0,87 рад 1 Кл/кг = 3,88 × 10 3 Р 1 рад = 1,15 Р Поглощенная доза (доза излучения) D - отношение средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме: D = dw/dm. Поглощенная доза характеризует опасность в связи с изменениями, произошедшими в каком-либо материале (например, потеря прочности в строительной конструкции) или организме. Доза излучения характеризует опасность, связанную с излучателем. Оба понятия относятся к разным объектам, имеют одну и ту же единицу измерения. Грей (Гр) равен поглощенной дозе (дозе излучения) ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия 151 ионизирующего излучения 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг. Рад - внесистемная единица. Эрг – единица измерения энергии; 1 Дж = 10 7 эрг. Казалось, что введением понятий «активность» и «поглощенная доза (доза излучения)» решались все проблемы, связанные с измерением радиационной опасности. Однако вскоре выяснилось, что понятие «поглощенная доза (доза излучения)» не корректно описывает практические ситуации радиационной опасности. Оказалось, что: одинаковые по величине дозы излучения, но разные по своей природе излучатели (излучатели нейтронов или α-частиц, или электронов) производят разное действие на один и тот же объект; одно и то же излучение равной величины дозы излучения производит разное действие на разные биологические объекты. Другими словами, понятие «поглощенная доза (доза излучения)» не может быть использовано для оценки всех ситуаций радиационной опасности. Казалось бы, проще всего поступить так – отбросить устаревшее понятие и ввести новое. Но этим путём не пошли. Новое понятие (эквивалентная доза) ввели на основе старого. Эквивалентная доза ионизирующего излучения D экв – произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества Q ионизирующего излучения в данном элементе объёма биологической ткани стандартного состава: D экв = QD. Коэффициент Q – величина безразмерная, поэтому размерность D экв совпадает с размерностью поглощенной дозы. Состав стандартной биологической ткани: О – 76,2%, С – 11,1%, Н – 10,1, N – 2,6%. Внесение в определение понятия «эквивалентная доза» состава стандартной биологической ткани связано с учетом различного действия ионизирующего излучения на разные биологические объекты. Безразмерный коэффициент Q призван учесть различия в действии разных по природе излучателей: Q = 1 для β-, γ- и рентгеновского излучений. Q = 10 для нейтронов с энергией ≤ 10 МэВ. Q = 20 для α-частиц с энергией ≤ 10 МэВ. (Значения коэффициента Q, равные 10 или 20, носят ориентировочные целочисленные значения для облегчения запоминания. На самом деле это не константы, они могут варьировать в широких пределах в зависимости от энергии излучения, выраженной в данном контексте в мегаэлектрон- вольтах.) Различия в значениях коэффициента Q можно интерпретировать и так: β-, γ- и рентгеновское излучения при равных условиях наименее опасны; наибольшую опасность представляет излучение α-частиц. Зиверт (Зв) равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг. 152 Бэр - внесистемная единица. Мощность эквивалентной дозы ионизирующего излучения (мощность эквивалентной дозы) D экв ′ - отношение приращения dD экв поглощенной дозы за интервал времени dt к этому интервалу времени: D экв ′ = dD экв /dt. Необходимость рассмотрения понятия мощности эквивалентной дозы возникает в связи с тем, что наиболее просто и дешево можно инструментально измерить именно мощность дозы, а не саму дозу; эквивалентная доза получается простым вычислением. Зиверт в секунду (Зв/с) равен мощности эквивалентной дозы, при которой за 1 с в веществе создастся эквивалентная доза 1 Зв. Экспозиционная доза Х. Отсутствует в системе СИ; единица измерения в системе СИ названия не имеет (за ненадобностью). Размерность единицы, если бы она существовала – Кл/кг (Кл – кулон, единица электрического заряда). Внесистемная единица – Рентген. Рентген (Р) – доза рентгеновского или γ-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 см 3 атмосферного воздуха при нормальных условиях производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 электростатическую единицу. Нормальные условия: температура 0 °С, давление 760 мм рт. ст.; масса 1 см 3 атмосферного воздуха равна 0,001293 г, заряд электрона – 4,8 ×10 -10 ед. CGSE. Заряд однозарядного иона равен заряду электрона, т.е. 4,8 ×10 -10 ед. CGSE, поэтому 1 Р образует в 1 см 3 воздуха 1 / 4,8 ×10 -10 = 2,08 ×10 9 пар ионов Энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов, в среднем равна 34 эВ (электрон-вольт – единица измерения энергии), следовательно доза в 1 Р соответствует поглощенной энергии Е = 2,08 ×10 9 × 34 = 7,07×10 10 эВ = 0,113 эрг. Или для 1 г воздуха: Е = 0,113 / 0,001293 = 87 эрг/г. Поэтому 1 Р = 0,87 рад, 1 рад = 1,15 Р. Обобщая, можно записать: При Q = 1 1 Гр = 100 рад = 1 Зв = 100 бэр = 115 Р 19.4 Естественная радиация Существуют различные оценки радиационной опасности в естественных условиях (не всегда совпадающие). Приводим некоторые из них. Таблица 19.2 Естественный радиационный фон Компоненты фона Эквивалентная доза за год, мЗв Космическое излучение 0,35 153 Внешнее γ-излучение естественных радиоактивных изотопов ( 40 K, 238 U, 232 Th) Внутреннее γ-излучение естественных радиоактивных изотопов, в т.ч. вдыхание радона облучение 40 K Всего 0,40 1,6 1,3 0,18 2,35 Вклад, вносимый внешним излучением изотопами 40 K, может быть значительным в местах массированного хранения, например, калийных удобрений. Значительную дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени — от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца и полония, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения. Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя, в котором радиоактивные изотопы свинца и полония присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень. Таблица 19.3 Распределение воздействия радиации на человека по источникам Вид воздействия Доля в общий вклад, % Облучение радоном в помещениях 42 Использование ионизирующих излучений в медицине 34 Естественный фон 23 Глобальные выпадения продуктов ядерных испытаний 1 Употребление радиолюминесцентных товаров 0,1 Полёты авиатранспортом 0,1 Атомная энергетика 0,03 Анализ таблиц показывает, что наибольший вклад в эквивалентную 154 дозу, получаемую человеком за год, вносит облучение радоном в помещениях. Радон (Rn) - инертный радиоактивный газ, образующийся в недрах Земли в процессах распада радиоактивных изотопов. Постепенно просачиваясь через Земную толщу, он скапливается первоначально в подвальных помещениях, затем в мало проветриваемых местах первых этажей зданий. Примерный расклад концентрации радона в квартире (Бк/м 3 ): из почвы под зданием — 41,7; от стройматериалов — 6,4; от воздуха с улицы — 5; от бытового газа — 0,3; от воды — 0,1. 19.5 Аварии с выбросом в атмосферу радиоактивных веществ За время активного использования радиоактивных материалов в деятельности человека было несколько существенных аварий, как в России, так и за рубежом. Самой значительной из них была авария 26 апреля 1986 г. на четвертом блоке Чернобыльской атомной электростанции. К моменту аварии на ЧАЭС в 4-м реакторе накопилось радиоактивных продуктов деления, которые давали суммарную активность примерно 4·10 100 Бк. Это совершенно не вообразимая цифра. Для лучшего восприятия несколько преобразуем её: 4·10 100 Бк = 10 10 Ки = 10 4 МКи = 10000 МКи. Суммарная активность выбросов в момент аварии оценивается как 50 МКи. Из-за малости этой величины по сравнению с 10000 МКи следует очень страшный вывод: в саркофаге 4-го блока ЧАЭС остались и создают потенциальную опасность практически все накопленные делящиеся материалы. Сейчас в самом Чернобыле радиационный фон в норме. Работает в нём (в основном на действующих энергоблоках) примерно 4,5 тыс. человек вахтовым методом (смена через 15 суток). При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Все они создают радиоактивное облако, подчиняющееся далее воле ветров. Радиоактивные вещества облака имеют конечную массу и в итоге выпадают из него, особенно интенсивно вместе с осадками. Характер загрязнения определяется розой ветров. В частности, Брянскую область радиационно загрязнили рукотворно: охлаждали высокотемпературный очаг реактора жидким азотом, пары которого способствовали распространению радиации на Брянскую область. Частичка огромного опыта, накопленного в результате анализа развития событий, как во время аварии, так и в процессе ликвидации её последствий может быть представлена в табл. 19.4. Таблица 19.4 |