Человек и техносфера

Организм человека, благодаря экзотермическим реакциям, обмена веществ, генерирует тепловую энергию, большая часть которой выделяется поверхностью кожи в виде ИК-излучения. Это лежит в основе обмена тепла организма с окружающей средой и поддержании постоянства температуры тела.

Источником ИК-излучения является любое нагретое тело. Степень ИК-излучения обусловлена следующими основными законами, важными в гигиеническом отношении.

Лучеиспускание обусловлено только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощательной способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом основано применение отражающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерений теплового излучения.

Тепловое излучение образуется всяким телом, температура которого выше абсолютного нуля. По закону Стефана--Больцмана мощность излучения увеличивается пропорционально четвертой степени абсолютной температуры.

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Для защиты от инфракрасного излучения используют защитные экраны, спецодежду, защитные очки.

Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое (УФ) излучение представляет собой невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее в электромагнитном спектре промежуточное положение между светом и рентгеновским излучением.

УФ-излучение обладает способностью вызывать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность (развитие фотохимических реакций), вызывать люминесценцию и проявлять значительную биологическую активность. Наиболее распространенными источниками УФ-излучения на производстве являются электрические дуги, ртутно-кварце-вые горелки, автогенное пламя. Люди, работающие под открытым небом, подвергаются действию УФ-излучения солнечного спектра, особенно в осенне-летний период.

Биологическое действие УФ-излучения солнечного света проявляется, прежде всего, в положительном влиянии на организм человека. Установлено его общестимулирующее действие: повышается умственная работоспособность, физическая выносливость. Под воздействием УФ-излучения наблюдается более интенсивное выведение химических веществ из организма и уменьшение их токсического действия. Повышается сопротивляемость организма, снижается заболеваемость, в частности органов дыхания, повышается устойчивость к охлаждению, снижается утомляемость, увеличивается работоспособность.

При длительном недостатке УФ-излучения солнечного света возникают нарушения физиологического равновесия организма, развивается своеобразный симптокомплекс, именуемый «световое голодание». Наиболее часто следствием недостатка УФ-излучения являются авитаминоз D, ослабление иммунобиологических реакций организма, обострение хронических заболеваний, функциональные расстройства центральной нервной системы.

УФ-излучение от производственных источников может стать причиной острых и хронических поражений

Наиболее подвержен действию УФ-излучения зрительный анализатор. Острые поражения глаз называются электроофтальмиями. Проявляется заболевание ощущением постоянного постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением. Нередко обнаруживается эритема (покраснение) кожи лица и век. Заболевание длится до 2--3 суток. Профилактические мероприятия по предупреждению электроофтальмий сводятся к применению светозащитных очков или щитков при электросварочных и других работах.

К хроническим заболеваниям относят воспаление слизистой оболочки глаз (хронический конъюнктивит), воспаление края век (блефарит), помутнение хрусталика (катаракта).

Кожные поражения протекают в виде острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться общетоксические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями. Классическим примером поражения кожи, вызванного ультрафиолетовым излучением, служит солнечный ожог.

Хронические изменения кожных покровов, вызванные УФ-излучением, выражаются в «старении», развитии кератоза (утолщение рогового слоя), атрофии эпидермиса, возможно развитие злокачественных новообразований.

Негативную роль играет способность УФ-излучения производственных источников изменять газовый состав атмосферного воздуха вследствие его ионизации. При этом в воздухе образуются озон и оксиды азота, обладающие высокой токсичностью и представляющие большую опасность, особенно при сварочных работах в ограниченных, плохо проветриваемых помещениях или в замкнутых пространствах.

Для профилактики отравлений окислами азота и озоном соответствующие помещения должны быть оборудованы местной и общеобменной вентиляцией, а при сварочных работах в замкнутых объемах необходимо подавать воздух непосредственно под щиток или шлем сварщика.

Защитные меры включают средства отражения УФ-излучений, защитные экраны и средства индивидуальной защиты кожи и глаз (защитную одежду, очки, специальные кремы).

Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют в электрон-вольтах (1эв = 1,6-10~¹⁹ Дж). В безопасности жизнедеятельности ионизирующее излучение и радиоактивное загрязнение окружающей среды часто отождествляют, что недопустимо. Различают корпускулярное и фотонное (электромагнитное) ионизирующее излучение.

Корпускулярное ионизирующее излучение -- поток элементарных частиц, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся альфа-частицы (поток ядер атомов гелия, энергия которых находится в пределах от 2 до 8 МэВ); бета-частицы (поток электронов или позитронов с энергией около 3 МэВ); нейтроны -- нейтральные элементарные частицы, которые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов (именно потому, что не имеют электрического заряда). По характеру взаимодействия со средой и величине энергии нейтроны условно разделены на четыре группы: тепловые -- до 0,5 кэВ, промежуточные -- 0,5--200 кэВ, быстрые -- 200 кэВ--20 МэВ, релятивистские -- свыше 20 МэВ. К корпускулярному виду излучения относятся также некоторые другие ядерные частицы и космические лучи.

Фотонное излучение -- поток электромагнитных колебаний, распространяющийся в вакууме с постоянной скоростью (300 000 км/с). К нему относятся гамма-излучение -- электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц, и рентгеновское излучение, которое возникает в среде, окружающей источник бета-излучения (в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов), и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения.

Тормозное излучение -- фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение -- это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Все излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности. Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, единице массы среды или на единице длины пути. Проникающая способность излучений или глубина проникновения излучения в живой организм зависит от его природы и определяется величиной пробега, т. е. расстоянием, пройденным частицей в веществе до ее полной остановки (это, в свою очередь, обусловлено тем или иным видом взаимодействия).

Альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, но наименьшей проникающей способностью (причем длина пробега этих частиц составляет в воздухе несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани -- несколько десятков микрон). Их удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе.

Бета-частицы имеют существенно меньшую ионизирующую способность, но большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег достигает нескольких метров при больших энергиях.

Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения (рентгеновское и гамма-излучения). Кроме того, нужно иметь в виду, что во всех процессах взаимодействия электромагнитного излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, также производят ионизацию.

Действие ионизирующих излучений на вещество определяется коэффициентом ослабления, величина которого зависит от энергии излучения и свойств вещества. Однако при любой толщине слоя вещества нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз (в связи с экспоненциальным законом ослабления потока энергии излучения). Именно в этом и состоит существенное отличие характера ослабления фотонного (электромагнитного) излучения от ослабления заряженных частиц (корпускулярного излучения), для которых существует минимальная толщина слоя вещества-поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заряженных частиц.

Процесс превращения одних элементов в другие, сопровождающийся ионизирующим излучением, называется радиоактивностью (Мария Кюри, 1898). Естественной радиоактивностью обладают элементы с нестабильными ядрами. Однако в 1934 г. французские ученые установили, что, воздействуя нейтронами на ядра стабильных элементов, можно получить изотопы с искусственной радиоактивностью.

Известно, что ядро атома состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т. е. атом электрически нейтрален.

Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но количество нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 238 - 92 = 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 235 - 92 = 143 нейтрона. Протоны и нейтроны имеют общее название «нуклоны». Полное число нуклонов называется массовым числом и является мерой стабильности ядра. Чем ближе к концу Периодической таблицы Менделеева расположен элемент, тем больше массовое число, тем больше нейтронов в ядре и тем менее устойчивы эти ядра.

Ядра всех изотопов образуют группу «нуклидов», некоторые из которых стабильны, но большинство -- нестабильны и постоянно превращаются в другие нуклиды. Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид -- радионуклидом. В настоящее время известно около 50 естественных и более 200 искусственных радиоактивных нуклидов. Уровень нестабильности радионуклидов неодинаков: одни распадаются очень быстро, другие -- медленно. Время, в течение которого распадаются половина всех радионуклидов данного типа, называется периодом полураспада. Эта величина для разных веществ весьма сильно различается, например, период полураспада аргона-41 составляет 2 часа, а урана-238 -- 4,5 млрд лет.

Знание периодов полураспада необходимо для оценки радиационной обстановки.

Действие ионизирующих излучений

В безопасности жизнедеятельности значение разных изотопов различно. Кроме случаев, связанных со взрывами, вещества с короткими периодами полураспада (короткоживущие изотопы) сравнительно безопасны, так как высокий уровень радиации в биотопе сохраняется короткое время. Вещества с очень большим периодом полураспада (долгоживущие изотопы) также практически безопасны, поскольку они испускают очень слабое излучение в единицу времени. Таким образом, наиболее опасными являются те вещества, у которых период полураспада изменяется от нескольких недель и месяцев до нескольких лет. Этого времени достаточно, чтобы данные элементы смогли проникнуть в организмы и накопиться в трофических цепях.

Наиболее опасны изотопы стронция (Sr⁹⁰) и цезия (Cs¹³⁷), сходные по химическим свойствам с кальцием и калием. Они могут поступать в окружающую среду в виде отходов атомной промышленности или в радиоактивных осадках при ядерных взрывах. Вследствие сходства с кальцием стронций легко проникает в костную ткань, а цезий, замещая калий, накапливается в мышцах.

Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные биофизические и биохимические процессы. В результате ионизации происходит разрыв молекулярных связей в живой ткани и изменение химической структуры соединений. Существенную роль играют продукты радиолиза воды, составляющей до 70 % массы всей биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения образуются свободные радикалы Н и ОН, а в присутствии кислорода еще свободный радикал гидропероксида (НО₂) и пероксида водорода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению как отдельных функций организма, так и жизнедеятельности организма в целом. Интенсивность химических реакций, инициированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением (цепные реакции). В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Причем эффект от облучения определяется не столько количеством поглощенной энергии, сколько ее видом. Другими словами, никакой другой вид энергии (тепловая, электрическая, химическая и т. д.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, накапливающиеся в организме изотопы йода могут вызвать поражения щитовидной железы, редкоземельные элементы -- опухоли печени, изотопы цезия, рубидия -- опухоли мягких тканей.

Нарушения биологических процессов могут быть обратимыми (полное восстановление работы клеток облученной ткани) или необратимыми -- поражение отдельных органов или всего организма и, как следствие, возникновение лучевой болезни.

Различают две формы лучевой болезни -- острую и хроническую. Острая форма возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени (например, при дозах порядка тысяч рад поражение организма может быть мгновенным и даже смертельным). Хронические поражения развиваются в результате систематического облучения дозами, превышающими предельно допустимые (ПДД).

Изменения в состоянии здоровья называются соматическими эффектами, если они проявляются непосредственно у облученного лица, и наследственными, если они проявляются у его потомства.

В нормах радиационной безопасности в качестве единицы времени, как правило, используется «год»; отсюда и понятие «годовая доза облучения». Кроме того, согласно современным представлениям степень отрицательного воздействия при относительно малых дозах практически не зависит от мощности дозы. Это означает, что отрицательный эффект определяется суммарно накопленной дозой вне зависимости от того, получена она за один день, за одну секунду или за 50 лет.

Другой характеристикой чувствительности организмов к облучению является летальная доза (ЛД₅₀) -- теоретическая величина дозы, которая вызывает гибель 50 % рассматриваемой популяции через определенное время. Наименее чувствительны к любому виду ионизирующего излучения бактерии (около млн рад), затем -- растения (несколько десятков и сотен тысяч рад), членистоногие и млекопитающие (сотни рад). Причем чувствительность живых существ к облучению тем больше, чем выше уровень их развития и чем сложней их организм. Кроме того, молодые особи более уязвимы, чем взрослые, так как для растущих организмов характерны многочисленные митозы (процессы деления клеток). По этой же причине очень чувствителен к облучению костный мозг позвоночных.

Любые дозы ниже летальной оказывают соматические и генетические воздействия, т. е. могут вызвать функциональные расстройства организма или органические изменения на генетическом уровне. Это -- замедление роста, снижение иммунитета, снижение средней продолжительности жизни, мутации в следующих поколениях и т. д. Из вышеизложенного можно сделать вывод: любое облучение (каким бы слабым оно ни было) постепенно накапливается, и поэтому принципиально не должно существовать допустимой дозы. Если иметь в виду мутагенные последствия, то вообще единственной дозой, не вызывающей никаких последствий, является нулевая доза.

Дозиметрические величины и единицы их измерения

Как известно, при распаде ядер атомов его продукты вылетают с большой скоростью. Встречая на своем пути ту или иную преграду, они производят в ее веществе различные изменения. Воздействие излучения на вещество будет тем больше, чем больше распадов происходит в единицу времени. Для характеристики числа распадов вводится понятие активности радиоактивного вещества, под которым понимают число самопроизвольных ядерных превращений за единицу времени, т. е. скорость распада ядер радионуклида.

Единицей измерения активности является одно ядерное превращение в секунду. В системе единиц СИ она получила название беккерель (Бк).

За внесистемную единицу активности принят кюри (Ки) -- активность такого количества радионуклида, в котором происходит 3,7-10¹⁰ актов распада в секунду. На практике широко пользуются производными единицами: милликюри и микрокюри. Под удельной активностью понимают активность, отнесенную к единице массы или объема, например Ки/г, Ки/л и т. д.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы облучения.

Доза излучения (облучения) -- это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы за время облучения. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы (табл. 6.).

Таблица 6. Числовая зависимость между системными и внесистемными единицами активности и доз излучения

	Название и обозначение единицы
Показатель		Связь между единицами
	СИ	внесистемной
Активность	Беккерель(Бк)=	Кюри (Ки)	1Ки = 3,7-1О1ОБк
	=1 распад/с		1 Ки = 103 мКи = 10б мкКи
Доза:			1 Р = 2,58-Ю"4 Кл/кг
экспозиционная	Кулон на килограмм	Рентген(Р)	1 Кл/кг = 3,88-103Р
	(Кл/кг)		1 рад = 0,01
поглощенная	Грей (Гр)	рад	1 Гр = 100 рад
эквивалентная	Зиверт (Зв)	бэр	1 бэр - 0,01 Зв
			1 Зв = 100 бэр

Внесистемная единица экспозиционной дозы -- рентген (Р). 1 рентген -- это такая доза гамма-излучения, при которой в 0,001293 г (1см³ сухого воздуха при нормальных условиях) образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака; 1 Р = 2,58 * 10"⁴ Кл/кг = 0,88 рад.

Поглощенная доза не учитывает, какой вид излучения воздействовал на организм человека. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой D_3KB. Ее вычисляют по формуле

На организм воздействует не вся энергия излучения, а только поглощенная энергия. Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой D_n. Она определяется как отношение поглощенной энергии к массе вещества:

Ј>_п = Wlm,

где W-- поглощенная энергия ионизирующего излучения, Дж;

т -- масса вещества, кг.

Единица поглощенной дозы -- фей (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг. На практике применяется также внесистемная единица -- рад, 1 рад = 100 эрг/г = = 110-² Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглощенная доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды. Однако она не может служить характеристикой рентгеновского и у-излучений по их воздействию на среду.

До последнего времени в качестве характеристики рентгеновского и у-излучений по эффекту ионизации используют так называемую экспозиционную дозу. Экспозиционная доза D₃ выражает энергию фотонного излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторичных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферного воздуха. Она определяется по формуле



А, = 4^lmv

где q -- суммарный электрический заряд, Кл;

т_ъ -- масса воздуха, кг.

За единицу экспозиционной дозы принимают кулон на килограмм (Кл/кг) -- доза, при воздействии которой на 1 кг сухого атмосферного _Гд_е Ј>_п -- поглощенная доза; К -- безразмерный коэффициент качества излучения, характеризующий степень неблагоприятных последствий при облучении разными видами излучения. Например, для у- и (3-излучения К = 1, для а-излучения с энергией меньше 10 МэВ этот коэффициент принимают равным 20.

Единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада). Один бэр соответствует такому облучению организма, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при дозе гамма-излучения в один рад. В системе СИ раду соответствует грей (1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг), а бэру соответствует зиверт (1 Зв = = 100 бэр).

Разные органы или ткани тела человека имеют разные чувствительности к излучению. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Поэтому введено понятие эффективной эквивалентной дозы.

Величина, которая используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности, называется эффективной дозой. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешенный коэффициент для данного органа или ткани и также измеряется в зивертах (Зв).

Соотношения между внесистемными единицами рентгеном и радом составляют по воздуху 1 Р = 0,88 рад, биологической ткани 1 Р = 0,93 рад. Один рад составляет примерно 1,14 Р.

Поглощенная, эквивалентная, эффективная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.

Радиоактивное загрязнение местности и различных объектов характеризует мощность дозы излучения (уровень радиации Р) -- отношение дозы излучения (D) ко времени (/):

P = Dlt.

Различают мощность экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз.

Мощность экспозиционной дозы (Р_у Кл/кгс, А/кг, Р/ч) рассчитывается по формуле

Мощность поглощенной дозы (Р_п, Гр/с, Дж/кгс, Вт/кг, рад/ч) рассчитывают по формуле

Мощность эквивалентной дозы (Р_и, Зв/с, бэр/ч) рассчитывается по формуле

В реальных условиях жизни человек окружен различными источниками ионизирующих излучений. Различают естественные и созданные человеком источники. Природные источники космического и земного происхождения создают естественный радиационный фон (ЕРФ). На территории России естественный фон создает мощность экспозиционной дозы порядка 40--200 мбэр/год. Излучение, обусловленное рассеянными в биосфере искусственными радионуклидами, порождает искусственный радиационный фон (ИРФ), который в настоящее время в целом по земному шару добавляет к ЕРФ лишь 1--3 %.

Сочетание ЕРФ и ИРФ образует радиационный фон (РФ), который воздействует на все население земного шара, имея относительно постоянный уровень. Космические лучи представляют поток протонов и а-частиц, приходящих на Землю из мирового пространства. К естественным источникам земного происхождения относится излучение радиоактивных веществ, содержащихся в породах, почве, строительных материалах, воздухе, воде и т. д.

Облучение может быть внешним, когда источник радиации находится вне организма, и внутренним, возникающим при попадании радиоактивных веществ внутрь через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт или при всасывании через поврежденную кожу. Поступая в легкие или пищеварительный тракт, радиоактивные вещества распределяются по организму с током крови. При этом одни вещества распределяются в организме равномерно, а другие накапливаются только в определенных (критических) органах и тканях: радиоактивный йод -- в щитовидной железе, радиоактивный радий и стронций -- в костях и т. п. Внутренне облучение может возникнуть при употреблении в пищу продуктов растениеводства и животноводства, полученных с зараженных сельскохозяйственных угодий.

Длительность нахождения радиоактивных веществ в организме зависит от скорости выделения и периода полураспада. Удаление таких веществ из организма происходит главным образом через желудочно-кишечный тракт, почки и легкие, частично через кожу, слизистую оболочку рта, с потом и молоком.

Средняя эффективная доза, получаемая человеком от внешнего облучения за год от космических лучей, составляет 0,3 миллизиверта, от источников земного происхождения -- 0,35 миллизиверта.

В среднем примерно ²/₃ эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой, воздухом.

Наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха газ радон (в 7,5 раза тяжелее воздуха). Радон и продукты его распада ответственны примерно за ³/₄ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников, и примерно за половину этой дозы от всех источников радиации. В здания радон поступает с природным газом, с водой, наружным воздухом, из стройматериалов и грунта под зданием.

За последние десятилетия человек создал более тысячи искусственных радионуклидов и научился применять их в различных целях. Значения индивидуальных доз, получаемых людьми от искусственных источников, сильно различаются: например, при производстве рентгеновских снимков черепа 0,8--6 Р; позвоночника 1,6--14,7 Р; легких (флюорография) 0,2--0,5 Р; грудной клетки при рентгеноскопии 4,7--19,5 Р; желудочно-кишечного тракта при рентгеноскопии 12--82 Р; зубов 3--5 Р.

Особо следует отметить атомную промышленность, производственные процессы которой могут быть источником радиоактивного загрязнения: добыча и обогащение ископаемого сырья, переработка ядерного горючего, использование его в реакторах, хранение и регенерация топлива и отходов. Добыча урана относится к самым опасным горнодобывающим работам в мире. Все остальные стадии ядерного топливного цикла также приводят к значительному радиационному загрязнению и представляют собой серьезную опасность для окружающей среды. Практически нерешенной остается проблема радиоактивных отходов. За 50 лет работы атомной индустрии не найдено способов их безопасного хранения и переработки. Не решены и проблемы вывода из эксплуатации ядерных реакторов, выработавших свой ресурс.

Но даже нормально безаварийно работающая АЭС выбрасывает в атмосферу радиоактивные газы, загрязняет грунтовые воды. При ее работе образуются значительные количества жидких и твердых радиоактивных отходов, которые в большей части хранятся на территории самой станции. Однако главная экологическая опасность от нормально работающей АЭС -- загрязнение биосферы плутонием. Кроме того, что плутоний является материалом для производства ядерного оружия, он смертельно опасен сам по себе и вызывает фатальный эффект при попадании в дыхательные пути даже в микроскопических дозах (миллионная часть грамма). Причем загрязнение плутонием -- практически навечно (время полураспада 24 тыс. лет).

Существенными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются и тепловые электростанции, особенно работающие на угле, содержащем в качестве примесей небольшие количества радиоактивных элементов, таких как уран, торий, радий и др. Эти радионуклиды остаются в золе или выбрасываются вместе с дымом. Утверждается даже, что радиоактивное загрязнение от ТЭС больше, чем от нормально работающей АЭС. Однако нельзя забывать, что радиационное загрязнение вызывают все стадии ядерного топливного цикла, а не только работа АЭС. Современными технологическими средствами выбросы ТЭС могут быть снижены в 100--200 раз и соответственно уменьшено радиационное загрязнение. К тому же не совсем корректно непосредственное сопоставление количеств выбросов естественных радионуклидов (от ТЭС) и искусственных, производимых на АЭС. К первым из них живой мир приспособился в процессе эволюции, и они не накапливаются в организмах, в то время как с искусственными нуклидами наблюдается обратная ситуация. К тому же при сжигании органического топлива не образуются новые радиоактивные вещества и общий радиационный фон не увеличивается.

Основные источники облучения человека представлены в табл. 7..

Для измерения ионизирующих излучений используют радиометры, дозиметры и спектрометры.

Радиометры предназначены для определения количества радиоактивных веществ (радионуклидов) или потока излучения, например газоразрядные счетчики (Гейгера--Мюллера).

Дозиметры -- это приборы для измерения мощности экспозиционной или поглощенной дозы.



Таблица 7. Основные источники облучения человека

Источники	Примерная доза, мР/год
Естественные:
Космические лучи	25
Горные породы	50
Тело человека	25
Искусственные:
Радиоактивные осадки	1-2 " ":¦' '
Отходы атомной промышленности	2-3
Черно-белый телевизор	10 г
Цветной телевизор	25
Рентгеноскопия	100

Спектрометры служат для регистрации и анализа энергетического спектра и идентификации на этой основе излучающих радионуклидов.

Принцип действия любого прибора, предназначенного для регистрации проникающих излучений, состоит в измерении эффектов, возникающих в процессе взаимодействия излучения с веществом.

Из отечественных приборов применяются дозиметры марок ДРГЗ-04 и ДКС-04. Первый используется для измерения гамма- и рентгеновского излучения в диапазоне энергии 0,03--3,0 МэВ, второй прибор -- для измерения гамма- и бета-излучения в энергетическом диапазоне 0,5-- 3,0 МэВ, а также нейтронного излучения. Кроме них промышленность выпускает бытовые дозиметры, предназначенные для населения, такие как: «Мастер-1» и дозиметр-радиометр АНРИ-01 «Сосна».

Нормирование радиационной безопасности. Вопросы радиационной безопасности регламентируются Федеральным законом «О радиационной безопасности населения», Нормами радиационной безопасности (НРБ-99), Основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99) и другими документами.

Радиационная безопасность -- это состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения (ст. 1 ФЗ «О радиационной безопасности населения»). Статья 22 данного Закона гласит: «Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации, имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения вышеустановленных норм, правил и нормативов, выполнения гражданами и организациями, осуществляющими деятельность с использованием источников ионизирующего излучения, требований к обеспечению радиационной безопасности».

Согласно Федеральному закону «О радиационной безопасности населения» с 1 января 2000 г. вводятся следующие допустимые пределы доз:

* для населения средняя годовая эффективная эквивалентная доза равна 0,001 Зв или за период жизни (70 лет) -- 0,07 Зв;

* для лиц, постоянно или временно работающих непосредственно с источниками ионизирующих излучений, средняя годовая эффективная доза равна 0,02 Зв или за период трудовой деятельности (50 лет) -- 1 Зв.

В НРБ-99 приводятся термины и определения. Так, в нормах сказано, что облучение повлечет за собой какие-либо конкретные последствия для человека.

Нормы устанавливают следующие категории облучаемых лиц: персонал и все население. Персонал -- лица, работающие с техническими источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается равным 1 * 10~³ за год, для населения 5,0-10~⁵ за год. Уровень допустимого риска принимается равным 10~⁶ за год.

Для всех юридических и физических лиц обязательными являются требования норм радиационной безопасности (НРБ-99). В них установлены такие нормы и уровни, как:

* основные дозовые пределы (поглощенная доза, эквивалентная доза и т. д.);

* допустимые уровни многофакторного воздействия, т. е. для одного радионуклида, одного вида излучения, пути его поступления и т.п.;

* контрольные уровни и дозы (также для различных конкретных условий).

Так, НРБ-99 устанавливают для различных категорий лиц предельные дозы облучения ПДД, которые не вызывают неблагоприятных изменений в организме человека (табл. 8.).

Основные пределы доз облучения лиц из персонала и населения не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Таблица 8. Основные пределы доз ионизирующих излучений

Нормируемые величины	Пределы доз, мЗв
	Персонал (группа А)*	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза на коже** на кистях и стопах	150 500 500	15 50 50

· Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равна 0,25 значений для персонала группы А.

** Относится к среднему по площади в 1 см² значению в покровном слое толщиной 5 мг/см². На ладонях толщина покровного слоя -- 40 мг/см².

Защита от излучений. Основные принципы радиационной безопасности заключаются в непревышении установленного основного дозового предела, исключении всякого необоснованного облучения и снижении дозы до возможного низкого уровня.

Каждый из основных методов защиты: временем, расстоянием и экранированием -- связан с особенностями излучения, свойствами материалов и основан на определенных физических законах.

При превышении допустимых пределов и уровней облучения необходима специальная поддержка организма (усиленное питание, витамины, физкультура). При сдвигах в кроветворении применяют переливание крови. При дозах, угрожающих жизни (600--1000 бэр), используют пересадку костного мозга. При внутреннем переоблучении для поглощения или связывания радионуклидов в соединения, препятствующие их отложению в органах человека, вводят сорбенты или комплексообразующие вещества.

В некоторых случаях для защиты от воздействий вредных веществ применяют протекторы -- лекарственные препараты, повышающие устойчивость организма к воздействию вредных веществ или физических факторов. Наибольшее распространение получили радиопротекторы -- лекарственные средства, повышающие защищенность организма от ионизирующих излучений или снижающие тяжесть клинического течения лучевой болезни.

Радиопротекторы действуют эффективно, если они введены в организм перед облучением и присутствуют в нем в момент облучения. Например, известно, что йод накапливается в щитовидной железе. Поэтому, если есть опасность попадания в организм радиоактивного йода (J¹³¹), то заблаговременно вводят йодистый калий или стабильный йод. Накапливаясь в щитовидной железе, эти нерадиоактивные разновидности йода препятствуют отложению в ней опасного в радиоактивном отношении йода-131. Для защиты от стронция-13 7, проникающего в костную ткань, рекомендуется употреблять продукты, содержащие кальций (фасоль, гречка, капуста, молоко).

Радиационная безопасность населения обеспечивается эффективностью мероприятий по радиационной защите в нормальных условиях и, в случае аварии, созданием условий жизнедеятельности, отвечающих требованиям нормативных документов.

Лазерное излучение -- это особый вид электромагнитного излучения, которое возникает в результате применения лазера (оптического квантового генератора) -- генератора электромагнитного излучения оптического диапазона, основанного на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазер как техническое устройство состоит из трех основных элементов: рабочего тела (активная среда), лампы накачки и зеркального резонатора. Сильная световая вспышка лампы накачки превращает электроны активной среды из спокойного в возбужденное состояние. Эти электроны, действуя друг на друга, создают лавинный поток световых фотонов. Отражаясь от резонансных экранов, фотоны пробивают полупрозрачный экран и выходят узким монохроматическим когерентным (строго направленным) световым пучком высокой энергии. Активная среда может быть твердой (кристаллы искусственного рубина с добавкой хрома, некоторые соли вольфрамовой или молибденовой кислот, стекла с примесью редкоземельных или других элементов), жидкой (пиридин, бензол, толуол, бром, нафталин, нитробензол и др.), газообразной (смесь галлия и неона, галлия и паров кадмия, аргон, криптон, углекислый газ и др.). Атомы рабочего тела переводятся в возбужденное состояние не только световым излучением, но и потоком электронов, радиоактивных частиц и химической реакцией.

При работе лазеров возникают различные вредные факторы производственной среды:

* наличие высокого напряжения зарядных устройств, питающих батареи конденсаторов. После разряда импульсных конденсаторов на лампы-вспышки они могут сохранять электрический заряд высокого потенциала; ,

* слепящий свет лампы накачки высокой энергии и яркости;

* вредные химические примеси в воздухе рабочих помещений, образующиеся при разрядке ламп накачки (озон, оксиды азота), и в результате испарения материала мишени (оксид углерода, свинец, ртуть и др.);

* интенсивный шум, возникающий в момент работы некоторых лазеров, который может достигать 70--80 дБ при среднечастотном спектре и 95--120 дБ при частоте 1000--1250 Гц;

" * ультрафиолетовое излучение импульсных ламп и газоразрядных трубок;

* воздействие электромагнитного поля ВЧ или УВЧ.

Биологическое действие лазерного излучения на организм зависит от мощности излучения, длины волны, характера импульса, частоты следования импульсов, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности.

Под воздействием лазера в биологической ткани отмечаются эффекты: тепловой, ударный, светового давления, образование в клетке микроволнового электрического поля. Могут наблюдаться также изменения в нервной, сердечно-сосудистой системах, железах внутренней секреции, изменение артериального давления, снижение работоспособности.

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.

Эффект действия лазера на орган зрения зависит в основном от длины волны и локализации воздействия. При облучении глаз легко повреждаются и теряют прозрачность роговица и хрусталик, причем нагрев хрусталика приводит к образованию катаракты. При повреждении сетчатки могут происходить временные нарушения типа ослепления от высокой яркости вспышки и повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки, и потеря зрения (так как клетки сетчатки не восстанавливаются).

По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:

* класс I (безопасные) -- выходное излучение не опасно для глаз и кожи;

* класс II (малоопасные) -- опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

* класс III (среднеопасные) -- опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и/или для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

л * класс IV (высокоопасные) -- опасно для глаз и кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы Санитарными нормами и правилами устройств СН № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величины ПДУ лазерного излучения по специальным формулам и таблицам. Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей.

Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

При использовании лазеров II--III классов для исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

Лазеры IV класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением их работой. Для удаления возможных токсических газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. С целью защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции и звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасную работу с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучение глаз до установленных уровней.

Лица, поступающие на работу с лазерами, должны быть заранее осмотрены медицинской комиссией и раз в год проходят медицинский осмотр.

Общие методы защиты от воздействия электромагнитных полей.

Защита временем. Предусматривается ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы. Применяется тогда, когда нет возможности снизить интенсивность облучения до допустимых величин.

Защита расстоянием. Применяется тогда, когда невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания. В этом случае увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом. Этот метод защиты основан на быстром уменьшении интенсивности поля с расстоянием.

Уменьшение излучения. Непосредственно в самом источнике это достигается за счет применения так называемых согласованных нагрузок и поглотителей мощности. Последние могут ослабить интенсивность излучения в миллионы раз и представляют собой коаксиальные или волноводные линии, частично заполненные поглощающими материалами, в которых энергия излучения преобразуется в тепловую. Заполнителями могут быть графит (иногда в смеси с цементом, песком или резиной), пластмассы, дерево и т. д.

Наиболее эффективным и часто применяемым методом защиты является экранирование источника или рабочего места. Формы и размеры экранов разнообразны и соответствуют условиям применения. Экраны могут быть отражающими и поглощающими. Для экранирования применяют металлические сетки, позволяющие производить осмотр и наблюдение экранированных установок, вентиляцию и освещение экранированного пространства. На расстоянии, равном длине волны, ЭМП в проводящей среде почти полностью затухает; поэтому для эффективного экранирования толщина стенки экрана должна быть равна примерно длине волны в металле. Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала (например, для меди она составляет десятые и сотые доли миллиметра), поэтому толщину экрана выбирают по конструктивным соображениям. Все экраны должны быть заземлены. Изготавливаются они из радиопоглощающих материалов (поролон, древесина, пропитанная специальным составом, ферромагнитные пластины). Для защиты от электрических полей воздушных линий электропередач необходимо выбрать оптимальные геометрические параметры линии (например, увеличить высоту подвеса фазных проводов ЛЭП, уменьшить расстояние между ними и т. п.). Это может снизить напряженность поля примерно в два раза. Вместе с тем при выполнении работ по настройке и отработке аппаратуры необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты (комбинезоны, халаты из металлизированной ткани). Для защиты глаз от ЭМИ используют защитные очки с металлизированными стеклами (их поверхность обычно покрывается бесцветной прозрачной пленкой диоксида олова).

Для защиты населения вдоль ЛЭП устанавливаются санитарно-защитные зоны, в пределах которых запрещено строить жилые и общественные здания. Границы санитарно-защитных зон устанавливаются на следующих расстояниях от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к ЛЭП: 20 м (при напряжении 330 кВ), 30 м (500 кВ), 40 м (650 кВ) и 55 м (1150 кВ).

Измерения ЭМП от радиотелефонов указывают на частое превышение установленных предельно допустимых уровней: 100 мкВт/см² для пользователей радиотелефонов, 10 мкВт/см для населения, облучаемого базовыми станциями. Меры защиты при использовании сотовой радиосвязи сводятся к ограничению времени пользования, более плотному охвату трубки рукой, наличию зазора между ухом и трубкой, ведению переговоров из неэкранированных помещений и с открытых площадок.

Безопасность труда на компьютеризированных рабочих местах. В настоящее время компьютерная техника широко применяется во всех областях деятельности человека. При взаимодействии с ней человек подвергается воздействию ряда опасных и вредных факторов.

Работа на компьютере характеризуется значительным умственным напряжением и нервно-эмоциональной нагрузкой, высоким зрительным напряжением и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук, шеи и спины.

Особую осторожность при работе с компьютером должны соблюдать беременные женщины. Установлены нарушения развития плода беременных женщин, интенсивно работающих на ПК. По данным исследователей ряда стран, у подавляющего большинства таких женщин плод развивается аномально, дети рождаются преждевременно, часто с избыточным весом, вероятны и дефекты развития головного мозга.

Связь между нарушениями здоровья и неблагоприятными факторами, имеющими место при работе на персональном компьютере (ПК), по материалам Всемирной организации здравоохранения, показана в табл. 10.

Компьютер -- прибор модульный. Он состоит из основного (системный блок, монитор, клавиатура, манипулятор -- мышь) и периферийного (принтер, сканер и др.) оборудования.

Монитор необходимо рассматривать не только как необходимое устройство для вывода информации на экран, но и как жизненно важный компонент при определении качества, удобства и безопасности эксплуатации всей компьютерной системы.

Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отображать десятки оттенков серого цвета, менее вредны для здоровья человека. Цветные мониторы позволяют передать всю богатую гамму цветов -- до 65 536 цветовых оттенков (стандарт High Color). В настоящее время используются цветные мониторы (дисплеи), созданные на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая называется кинескопом. Монитор фактически является аналогом телевизора и служит для сходной цели -- отображения зрительной информации на экране. В процессе работы дисплей постоянно регенерирует, т. е. повторно воспроизводит изображение на экране. В результате регенерации происходит мерцание изображения -- неизбежный побочный эффект при использовании любой технологии ЭЛТ. Мерцание изображения и, как следствие, низкая четкость изображения оказывают значительное влияние не только непосредственно на зрение, но и на

Таблица 10. Связь нарушений здоровья пользователя с воздействием неблагоприятных фактов ПК

Виды заболеваний	Неблагоприятные факторы ПК
	Ультрафиолетовое излучение	Мерцание изображения	Яркий свет от дисплея	Блики и отраженный свет	Элетро-статическое поле	Низкочастотное излучение	Рентгеновское излучение
Заболевания глаз	+	+	+	+	+
Кожные заболевания		-	-	-	+	-	-
Нарушения костно-мышечной системы	-	-	-	+	-	-	-
Нервные заболевания, стрессы		+	+	+			-
Осложнения беременности	->		-	-	?	+	+



Примечание: «+» -- связь есть; «?» -- связь возможна; «-» -- связи нет.

зрительный канал оператора в целом. Сильное мерцание или дрожание изображения на экране может вызвать резь в глазах, головную боль, раздражительность и даже тошноту. Смена изображения (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное движение, но глаз из-за мерцания экрана быстро устает. Для большей устойчивости изображения и снижения усталости глаз у современных высококачественных мониторов поддерживается частота смены кадров не ниже 70--75 Гц; при этом частота строчной развертки достигает 40--50 кГц и обеспечивается хорошая полоса частот видеосигнала -- важный параметр, обусловливающий совместимость видеомонитора с видеоконтроллером (по четкости изображения). Мониторы с построчной разверткой по сравнению с чересстрочной разверткой обладают лучшими характеристиками, поскольку воспроизводят изображение на экране быстрее и с меньшим мерцанием.

...