124- Безопасность жизнедеятельности_Абрамов В.В_2013 -365с. Учебное пособие для вузов СанктПетербург 2013 2 В. В. Абрамов безопасность жизнедеятельности
 Скачать 3.07 Mb.
|
|
24.1 Общие понятия Мы живём в материальном мире, всё многообразие которого проявляется всего в двух формах существования – веществе и поле. Поля окружают нас не в меньшей степени, чем вещества, поэтому судить о возможных опасностях со стороны полей столь же необходимо, как и со стороны, например, радиоактивных, химически или биологически опасных веществ. Известны поля – гравитационное, поле ядерных сил, электромагнитное поле и др. Известны также физически представимые подходы к описанию полей, основанные на предположении о их корпускулярной и волновой природе. Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов. Электромагнитные волны — это взаимосвязанное 215 распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем. Несмотря на то, что свойства электромагнитных волн различны, все они, начиная от радиоволн и заканчивая радиоактивным гамма-излучением, — одной физической природы. Электромагнитные волны наносят вред здоровью человека по разным механизмам, суть которых будет обсуждаться позже. Одно неоспоримо, производимый эффект тем сильнее, чем больше энергия облучающего, а следовательно, поглощаемого человеком электромагнитного излучения. Доказано, что как излучение, так и поглощение электромагнитных волн происходит отдельными порциями, квантами. Энергия кванта описывается очень простым выражением: Е = hν, где h – постоянная Планка (Макс Планк - нем. физик, впервые выдвинувший идею о квантовании энергии), ν – частота излучения. Электромагнитные волны кроме частоты могут быть охарактеризованы длиной волны (λ), которая связана с частотой тоже весьма просто: λ = с/ν, где с – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме; с = 2, 997925 × 10 8 м/с. Отсюда вытекает, что энергия кванта электромагнитного излучения тем больше, чем больше частота излучения или меньше его длина волны. Поэтому все дальнейшие рассуждения о наносимом электромагнитным излучением ущербе будут прямо связаны с длиной волны и частотой излучения. Таблица 24.1 Характеристика излучений Вид излучения Длина волны (нм)* Ионизирующие излучения Космические лучи 10 -7 – 10 -3 Гамма-лучи 10 -4 – 10 -1 Рентгеновские лучи 10 -3 – 1 Ультрафиолетовое излучение 10 – 1 Не ионизирующие излучения Видимый свет 400 – 760 Инфракрасные лучи 10 3 - 10 5 Микроволны 10 5 – 10 8 Радиоволны 10 9 – 10 13 ________ 216 *нм – нанометр, 10 -9 м Из приведённой таблицы с очевидностью следует, что энергии квантов излучений в направлении от космических лучей к радиоволнам падают; в этом же направлении убывает опасность воздействия излучений, связанная с энергией квантов. Кванты ионизирующих излучений обладают столь высокой энергией, что, взаимодействуя с встречающимися на их пути молекулами, например, воздуха, «выбивают» из молекул электроны, превращая их в положительно заряженные ионы (катионы). Освободившиеся электроны, встречаясь с другими нейтральными молекулами могут образовать отрицательно заряженные ионы (анионы). Такова упрощенная схема ионизации, а излучения, представленные высокоэнергетичными квантами, получили название ионизирующих. Весьма существенен ещё один факт. Кванты ионизирующих излучений, взаимодействуя с органическими молекулами биологических объектов, образуют заряженные «обрывки» молекул – радикалы, которые очень реакционноспособны и в силу этого обстоятельства весьма канцерогенны. Получается, что деление излучений на ионизирующие и неионизирующие подразделяет их и по степени онкологической опасности их воздействия. Уместно отметить, что видимый свет, под которым на Земле живём мы и всё сущее, с позиций наблюдаемого и с точки зрения квантовых представлений совершенно не опасен; тем более неопасны излучения с ещё меньшей длиной волны. Однако энергия излучения определяется не только энергией отдельного кванта, но и числом квантов, которое зависит от природы или конструкции конкретного излучателя. В самом деле, в приведённой выше табл. 23.1 видно, что излучения расположены сверху вниз в порядке убывания энергии кванта излучения, т.е. наибольшую опасность, например, должны представлять солнечные лучи, а наименьшую – радиоволны, в то время как, находясь вблизи антенны мощного радиопередатчика можно получить большее поражение, чем от умеренных солнечных лучей. Источниками электромагнитных полей являются атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца, радиоактивные материалы, а также искусственные источники: различные генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров, высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), измерительные приборы, устройства защиты и автоматики, соединительные шины и др. Электромагнитная волна, распространяясь в неограниченном пространстве со скоростью света, создает переменное электромагнитное 217 поле, которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии. Ткани человеческого организма поглощают энергию электромагнитного поля, в результате этого происходит нагрев тела человека. Проводящие электрический ток ткани человеческого организма (жидкие составляющие тканей, кровь и т.д.) нагреваются в результате возникновения в них вихревых токов, а непроводящие, т.е. диэлектрики (хрящи, сухожилия и т.д.) — в результате возбуждаемых электромагнитным полем колебаний молекул диэлектрика с последующей их поляризацией, происходящих тоже с выделением тепла. Интенсивнее всего электромагнитные поля воздействуют на органы и ткани с большим содержанием воды: мозг, желудок, желчный и мочевой пузырь, почки. При воздействии электромагнитного излучения на глаза человека возможно помутнение хрусталика (катаракта). Как известно, человеческий организм обладает свойством терморегуляции, т.е. поддержания постоянной температуры тела. При нагреве человеческого организма в электромагнитном поле возможен отвод избыточной теплоты до плотности потока энергии I = 10 мВт/см 2 . Эта величина называется тепловым порогом, начиная с которого система терморегуляции не справляется с отводом генерируемого тепла. Начиная с этой величины, происходит перегрев организма человека, что негативно сказывается на его здоровье (например, тепловой удар, ожоги различной степени тяжести). Воздействие электромагнитных полей с интенсивностью, меньшей теплового порога, также небезопасно для здоровья человека. Оно нарушает функции сердечно-сосудистой системы, ухудшает обмен веществ, приводит к изменению состава крови, снижает биохимическую активность белковых молекул. При длительном воздействии электромагнитного излучения на людей, по работе связанных с электромагнитным излучением, возникают повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна, боли в области сердца, торможение рефлексов и т.д. Обращаясь к более детальному рассмотрению различных областей электромагнитных излучений, отметим, что ионизирующие излучения (кроме ультрафиолетового) рассмотрены в разделе, посвященном радиационноопасным веществам. 24.2 Ультрафиолетовое излучение Ультрафиолетовое излучение как отдельная составная часть входит в солнечное излучение (8,3% светового потока) и может быть также получено с помощью специальных излучателей (ртутные, ксеноновые, водородные лампы). 218 Таблица 24.2 Спектр видимого света Область света Длина волны (нм) Инфракрасный свет 760 - 10 6 Видимый свет 400 – 760 Ультрафиолет (УФ) 100 – 400 УФ A (UV А) 315 – 400 УФ В (UV В) 280 – 315 УФ С (UV С) 100 – 280 Увеличение дозы УФ-облучения приводит: к ущербу здоровья людей (рост заболеваемости злокачественными опухолями кожи, поражению иммунной системы, заболеванию глаз, болезням органов дыхания); к нанесению ущерба производству продовольствия (снижение урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшение промысловых запасов Мирового океана); к глобальным изменениям климата, состава атмосферы (нарушение радиационного баланса Земли, накопление углекислого газа в атмосфере, изменение микробиологического равновесия в почвах, т.е. снижение плодородия). УФ-излучение способно вызывать опухоли кожи двух типов — немеланомный рак и злокачественую меланому. В мире ежегодно регистрируются сотни тысяч новых заболеваний раком кожи. Кратковременные воздействия УФ-радиации приводят к подавлению иммунореактивности в месте облучения, а хроническое — к общему угнетению иммунитета. Острые воздействия УФ-облучения вызывают воспаление роговицы и век, ослабление световой чувствительности. Но наиболее важной патологией является развитие катаракт. В умеренных широтах около 20% пожилых людей болеют катарактой, а в экваториальных до 30%. УФ проникает в глубь океанов только на несколько метров, но это как раз тот самый слой, где живет большая часть морских микроорганизмов. Эти небольшие плавучие растения и животные особенно чувствительны к УФ радиации. Кроме того, они являются основой большинства пищевых цепей в океане. Облучение УФ уменьшает площадь поверхности листьев, высоту растений, интенсивность фотосинтеза в зеленых растениях. Различные сельскохозяйственные злаки реагируют на УФ по-разному, но у 2/3 изученных злаков снижается урожайность. Культурные растения, по- видимому, более чувствительны к УФ-излучению, чем дикие. 219 Ультрафиолетом активируется ряд вирусов. 24.3 Лазерное излучение Особым видом электромагнитного излучения является лазерное излучение, которое генерируется в специальных устройствах, называемых оптическими квантовыми генераторами или лазерами. Эти устройства широко применяются в различных областях науки и техники, в том числе для обработки различных материалов (получение отверстий, резка и т.д.), в медицине (проведение различных операций), в системах связи для передачи сигналов по лазерному лучу, для измерения расстояний, для получения объемных изображений предметов — голограмм, и в ряде других областей. Лазерное излучение — электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне длин волн от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области. Наиболее часто используют лазеры с длинами волн (нм): 340, 490, 510, 530, 694, 1060 и 10600. Лазеры могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Длительность импульсов составляет от нескольких миллисекунд до сотен наносекунд. Энергия одного импульса может достигать сотен джоулей при мощности в сотни мегаватт. Воздействие излучения лазера на организм человека до конца не изучено. При работе лазерных установок на организм человека могут воздействовать следующие опасные и вредные производственные факторы: мощное световое излучение от ламп накачки, ионизирующее излучение, высокочастотные и сверхвысокочастотные электромагнитные поля, инфракрасное излучение, шум, вибрация, возникающие при работе лазерных установок, и др. Различают первичные и вторичные биологические эффекты, возникающие под действием лазерного излучения.Первичные изменения происходят в тканях человека непосредственно под действием излучения (ожоги, кровоизлияния и т.д.), а вторичные (побочные явления) вызываются различными нарушениями в человеческом организме, развившимися вследствие облучения. Наиболее чувствителен к воздействию лазерного излучения глаз человека. Воздействие на него лазерного излучения может привести к ожогам сетчатки и даже к потере зрения. Опасно попадание лазерного луча и на кожу человека, в результате чего могут возникнуть ожоги различной степени тяжести и даже обугливание кожи. Лазерные лучи высокой интенсивности могут вызвать не только повреждения кожи, но и поражение различных внутренних тканей и органов человека, что выражается в виде кровоизлияний, отеков, а также свертывания или распада крови. К основным коллективным средствам защиты от лазерного излучения относится применение защитных экранов и кожухов. Следует защищаться не только от прямого излучения лазера, но и от рассеянного и отраженного излучений. Для индивидуальной защиты отдействия лазера обслуживающий 220 персонал должен работать в технологических халатах, изготовленных из хлопчатобумажной или бязевой ткани светло-зеленого или голубого цвета. 24.4 Излучения радиочастотного и микроволнового диапазонов Электромагнитный спектр включает в себя диапазон частот от 100 кГц до 300 ГГц, содержащий радиочастоты (100 кГц - 300 МГц) и микроволны (300 МГц - 300 ГГц). Он подразделяется на диапазоны: высокие частоты (длинные, средние и короткие волны (100 Гц - 30 МГц), ультравысокие частоты (ультракороткие волны – 30 - 300 МГц) и сверхвысокие частоты (микроволны — 300 МГц - 300 ГГц)). Микроволновое и радиочастотное излучение, возникающее в естественных условиях, обладает малой интенсивностью и существует лишь благодаря атмосферному электричеству. Искусственное микроволновое и радиочастотное излучение является относительно недавно возникшим экологическим фактором; эти излучения значительно превышают естественный фон. Искусственные источники радиоволн и микрочастот разделяют на две группы: оборудование, специально предназначенное для радиочастотного излучения (т.н. преднамеренные источники) и источники, где излучение является побочным эффектом (непреднамеренные источники). Первые — это различающиеся по мощности и виду генерации (импульсные и непрерывные) телевизионные и радиовещательные станции, радары, электронные системы беспроволочной связи, некоторое медицинское оборудование (аппараты для диатермии). Таблица 24.3 Радиочастотные и волновые диапазоны 221 Диапазоны Длина волны Частота Область применения Радиочастотные диапазоны Низкие частоты (НЧ, длинные волны) 10 4 - 10 3 м 30 - 300 кГц Радионавигация, радиовещание Средние частоты (СЧ, средние волны) 10 3 – 10 2 м 0,3 - 3 МГц Морские радиотелефоны, радиовещание Высокие частоты (ВЧ, короткие волны) 10 2 – 10 м 3 - 30 МГц Любительские пере- датчики, радиовеща- ние, диатермия в ме- дицине, нагрев и сварка токами ВЧ Очень высокие частоты (ОВЧ, ультракороткие волны) 10 - 1 м 30 – 300 МГц Частотно-модулиро- ванное радиовеща- ние, телевидение, радионавигация; контроль воздушно- го движения Микроволновые диапазоны Ультравысокие частоты (УВЧ, дециметровые волны) 1 м – 10 см 0,3 – 3 ГГц Микроволновая диа- термия; телевидение, мобильная телефон- ная связь; направлен- ная радио-связь, микроволновые печи; телеметрия; метеорологические радары Сверхвысокие частоты (СВЧ, сантиметровые волны) 10 – 1 см 3 – 30 ГГц Спутниковая связь, метеорадары, нави- гационные радары; направленная ради- освязь; любительские передатчики Крайне высокие частоты (КВЧ, миллиметровые волны) 1 – 0,1 см 30 – 300 ГГц Радары для обнаружения облаков Начиная от источника излучения всю область распространения 222 электромагнитных волн, принято условно разделять на три зоны: ближнюю, промежуточную и дальнюю. Радиус ближней зоны приблизительно составляет 1/6 длины волны от источника излучения, а дальняя зона начинается на расстоянии, равном примерно 6 длинам волн; промежуточная зона находится между ними. Микроволновая и радиочастотная энергия, поглощаясь тканями организма, превращается в тепло, что приводит к повышению температуры. В результате воздействия высоких уровней излучения у экспериментальных животных развивалась гипертермия, которая приводила к таким поражениям, как ожоги, кровоизлияния, некроз ткани, вплоть до теплового удара и смерти от перегрева. Воздействие микроволн и радиочастот приводит к повреждению роговой оболочки хрусталика и сетчатки глаза, т.к. они не омываются кровью, а, следовательно, не охлаждаются ею. В ряде экспериментальных исследований показаны метаболические сдвиги, ослабление иммунитета, нарушение нормальных поведенческих реакций, нейроэндокринные изменения. Принимая во внимание что рост использования микроволн составляет 15% в год, действие электромагнитного излучения в микроволновом и радиочастотном диапазонах следует рассматривать как потенциально экологически опасное. Что касается мобильной телефонной связи, то проблему безопасности нельзя считать до конца изученной. С одной стороны, энергия, излучаемая телефоном не велика, и до перегрева хрусталика и мозга дело не доходит. Но телефон, в отличие, например, от СВЧ-печи, во-первых, излучает сложный модулированный сигнал, который несёт в себе информацию, а, во-вторых, включает человеческое тело как элемент антенной системы, что предусматривается уже при разработке телефона. Биолого-информационные взаимодействия изучены недостаточно, достоверные результаты исследований в открытой печати не публикуются и нам они не известны. Сейчас введено понятие «Нормы допустимого облучения человека» (Specific Absorption Rate (SAR)), выраженной в мощности электромагнитного излучения, приходящейся на 1 кг массы человека (Вт/кг). Для конкретного телефонного аппарата величина SAR должна приводиться в паспорте. Предельно допустимым является значение SAR, равное 1,6 Вт/кг, тогда как для распространённых моделей сотовых телефонов эта величина лежит в диапазоне 0,1 – 1,5 Вт/кг. Необходимо учитывать, что в момент соединения или в условиях неустойчивого приёма мощность аппарата автоматически повышается до максимальной величины. Наибольшую группу риска среди пользователей сотовой связи составляют дети и беременные женщины. Дети младше 8 лет не должны пользоваться мобильными телефонами. Одним из радикальных способов защиты от излучения является использование наушников с микрофоном, которые уменьшают эффект электромагнитного 223 излучения на 92%. Базовые станции – один из основных элементов системы сотовой радиосвязи. Они поддерживают связь с находящимися в зоне действия их мобильными радиотелефонами и работают в режиме приёма и передачи сигнала. Антенны размещаются на мачтах или на уже существующих постройках. Диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости построена таким образом, что более 90% энергии излучения сосредоточена в узком луче. Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы сотовой связи. Исследования электромагнитной обстановки на территории, прилегающей к базовой станции, проведённые в России, Швеции, Венгрии, показали, что в 100% случаев электромагнитная обстановка в помещениях здания, на котором установлена антенна, не отличалась от фоновой для данного района. То есть, можно с уверенностью говорить, что базовые станции сотовой связи не опасны для здоровья населения. |