Электромагнитное излучение.

Лекция 6. Физ. Загрязнение и меры защиты

Приставки

Загрязнение ОС

Загрязнения могут быть различных видов – это механические (пыль в воздухе, взвеси в воде, мусор на почве) - рис. 29; физические (тепловое, световое, шумовое, вибрационное, электромагнитное, радиационное и т.д.); химические(СДЯВ, соли тяжелых металлов, пестициды, гербициды и т.д.) – рис. 30; биологические (биогенное, микробиологическое, генетическое, так продукты генной инженерии – ПГИ) – рис. 31; информационные (ложная информация, факторы беспокойства).

Рис.29. Механические загрязнения - загрязнение почвы мусором

Рис. 30. Химическое загрязнение атмосферы – выбросами из труб заводов

Рис. 31. Биологическое загрязнение

Виды загрязнения от автотранспортного комлекса (АТК) – это, преимущественно, механическое(пыль), физическое (тепло, шум, вибрация) и химическое(угарный газ, оксиды серы и азота, соединения свинца и др.).

Физические загрязнения ОС

16.1. Тепловое загрязнение.

В промышленных городах в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух и атмосфера подвергается тепловому загрязнению. Источниками тепла являются: коммунальное хозяйство (отопление домов), лесные пожары, трубы промышленных предприятий и выбросы автомобилей, где выделяются вещества нагретые свыше 60⁰С.

Лесные пожары чаще возникают в засушливые годы. Так, в 2010 г. пожарами были охвачены значительные территории России (Московская обл., Сибирь, Дальний Восток, Урал, Республики Коми и Мордовия).

С увеличением числа работающих предприятий и отопительных систем повышается температура в нижних слоях атмосферы (над крупными городами на 6-7⁰С и в тропосфере - на 0,7⁰С) иизменяется состав газов, что приводит к парниковому эффекту и далее глобальному потеплению климата.

16.2. Шумовое загрязнение.

Внедрение нового и модернизация существующего оборудования, увеличение производительности труда, рост мощности, быстроходности машин и механизмов часто сопровождается ухудшением условий труда на производстве, значительным повышением уровня шума и вибрации на рабочих местах.

Источниками шума на производстве являются транспорт, технологическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию. Шумы подразделяются на акустические(различные двигатели и механизмы), которые различны по источнику возникновения (механические, гидравлические, аэродинамические, электрические) и неакустические (радиоэлектронные, от теплового излучения Земли и др.). В современном городе 80%шума производит автотранспорт.

Шумом называют всякий неприятный, нежелательный звук, мешающий восприятию полезных сигналов, оказывающий вредное или раздражающее влияние на человека. Звук как физическое явление представляет собой колебания частиц воздушной среды, которые воспринимаются органами слуха человека, в направлении их распространения.

Шум- один из наиболее распространенных неблагоприятных физических факторов окружающей среды, приобретающих важное социально-гигиеническое значение, в связи с урбанизацией, а также механизацией и автоматизацией технологических процессов, дальнейшим развитием авиации, транспорта. Шум - сочетание различных по частоте и силе звуков.

Шумы подразделяются по:

- спектру - на стационарные и нестационарные;

- характеру спектра - на широкополосный шум (с непрерывным спектром шириной более 1 октавы); тональный шум (в спектре которого имеются выраженные тона);

- частотному диапазону - на низко- (до 300 Гц), средне-(300-800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). Макcимальныйдиапазон частот для человека в среднем - от 20 до 20000 Гц;

- временны́м характеристикам - на постоянный, непостоянный, который делится на колеблющийся, прерывистый и импульсный;

- природе возникновения – на механический, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный

К физическим характеристикам шума относятся звуковое давление (Па), частота колебаний (Гц), интенсивность звука (Вт/м²). В газообразной среде (воздухе) распространяются продольные волны, скорость которых зависит от плотности и давления среды. При температуре воздуха 20^оС и давлении 101,3 кПа скорость распространения звуковых волн в атмосфере составляет 344 м/с.

Звуковое давлениеоценивается в микроньютонах на кв. метр (мкН/м²) или микропаскалях (мкПа), величина которого изменяется от 20 до 200*10⁶ мкПа. Из-за широкого диапазона величин звуковое давление измеряется при помощи логарифмической шкалы в децибелах (дБ). Значение звукового давления 20 мкПа соответствует 0 дБ (порог слышимости большинства людей) и 200*10⁶ мкПа - 140 дБ, величина которого может привести к болевому шоку и глухоте. Изменение величины звукового давления представлены на рис. 32.

Рис. 32. Изменение величины звукового давления.

Производственный шум характеризуется спектром, который состоит из звуковых волн разных частот, обычно слышимый диапазон 16 Гц-20 кГц; ультразвуковой диапазон - свыше 20 кГц, инфразвук - меньше 20 Гц, устойчивый слышимый звук - 1000 Гц - 3000 Гц.

Слышимый диапазон шумов (16 Гц-20 кГц) разбивают на полосы частот и определяют звуковое давление, интенсивность или звуковую мощность, приходящиеся на каждую полосу. Интенсивность звука - звуковая мощность на единицу площади, передаваемая в направлении звуковой волны. Существует стандартный ряд среднегеометрических частотоктавных полос, в которых рассматриваются спектры шумов (ст. мин=31,5 и ст. макс=8000Гц).

Шум по разномудействуют на организм человека.

Низкочастотные колебания(5-10 Гц) могут вызывать резонанс, вибрацию внутренних органов, влиять на работу мозга, усиливают ноющие боли в костях и суставах у больных людей. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром и т.д. Среднечастотный звук(1-3 кГц) - зона речевого общения (обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах), где звуковой диапазон, воспринимаемый на слух, сужается с возрастом: в молодости лучше слышен звук с частотой 3 кГц, в среднем возрасте - 2-3 кГц, в старости – 1кГц.

Неслышный шум - звуки с частотами <16-20 Гц (инфразвук) и более 20 кГц (ультразвук). Высокочастотный звук и ультразвукс частотой 20-50 кГц, применяются для отпугивания птиц с аэродромов, животных и насекомых.

В автодорожном комплексе (АДК) шум и вибрацию, создают многочисленные антропогенные источники: стационарные (промышленные предприятия, погрузочно-разгрузочные и дорожные работы) и подвижные (транспортные потоки).

Уровень шуматранспортного потока зависит от скорости, интенсивности движения, состава потока, продольного уклона дороги, типа покрытия, ширины разделительной полосы и других факторов.

При движении шум от транспортных средств имеет три основных источника: привод, взаимодействие шин с дорожным покрытием, обтекание автомобиля потоком воздуха (аэродинамический шум) и др.

На шум, достигающий человека, воздействуют множество других факторов, в т.ч. рассеивание, тип подстилающей поверхности, метеорологические факторы, наличие природных и искусственных препятствий. В городах шумовое загрязнение атмосферы становится фактором социального значения.

Производственные шумы имеют различные спектральные и временные характеристики, которые определяют степень их воздействия на человека. Предельно допустимый уровень(ПДУ) считается 40-60 дБ,на рабочих местах не должен превышать 110дБА,для жилых квартир (днем) - 40 дБ. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира человеку нужен шум в 10-20дБ. Это шум листвы, парка или леса. Работа в шумном помещении может вызвать глухоту, нарушение работы центральной нервной и сердечной систем и др.

Вибрационное загрязнение

По физической природе вибрация так же, как и шум, представляет собой колебательные движения материальных тел, воспринимаемые человеком при его непосредственном контактес колеблющимися поверхностями.

Источником возникновения вибрации могут быть колебания частей производственного оборудования и трубопроводов, возникающие при неудовлетворительном их креплении, плохой балансировке движущихся и вращающихся частей машин и установок, при работе ударных механизмов и т. п. Особым подвидом общей вибрации является укачивание, связанное с низкочастотными колебаниями тела и некоторыми типами его вращения на транспорте.

Вибрацияхарактеризуется частотой колебаний (в пределах 12-8000 Гц), амплитудой (в мм, см), ускорением (м/с). По аналогии с шумом интенсивность вибрации может измеряться относительными величинами – децибелами.

Долговременное воздействие интенсивной общей вибрации на работающих (например, на трактористов) может нежелательным образом сказываться на работе позвоночника, нормальном течении физиологических процессов. При частоте колебаний более 25 Гц вибрация может вызвать заболеваниякровеносных сосудов, нервов, мышц, костей и др.

Вибрация и шум, являясь общебиологическими раздражителями, влияют на все системы организмачеловека, вызывают у работающих преждевременное утомление, снижаютих работоспособностьи производительность труда, а при длительном воздействии способствуют развитию тяжелыхпрофессиональных заболеваний– вибрационной болезни и тугоухости. Поэтому вопросам борьбы с вибрацией и шумомна производстве придается огромное значение.

Электромагнитное излучение.

Действие электромагнитного поля на человека, животных и растения в настоящее время плохо изучено и часто служит причиной домыслов и предположений. Однако не следует игнорировать своеобразную электромагнитную форму загрязнения атмосферного воздуха. Так, непосредственно под проводами ЛЭП, даже при минимальном напряжении 220 В, интенсивность электромагнитного излучения превышает норму 5 мкВт/см². Действительно, если выйти на просеку ЛЭП, то можно увидеть зеленую траву и яркие цветы, но на них не будет пчел. Оказывается, пчелынаиболее чувствительнык воздействию электромагнитных волн.

Электромагнитное загрязнение могут вызвать естественные (атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца) и искусственныеисточники(генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров, др., в т.ч. промышленной частоты- это все электрические приборы, электротранспорт, линии электропередач).

Совокупность электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, A/м) полей называют электромагнитным полем (ЭМП). К основным (волновым) свойствам ЭМИ относят скорость распространения электромагнитного излучения (ЭМИ) в пространстве, частоту колебаний поля и длину волны. Скорость распространения всех видов ЭМИ в атмосфере равна примерно 300000 км/сек. В вакууме электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния.

Таблица 1

Электромагнитные волны подразделяются на:

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие. На практике выделяют диапазоны магнитного поля (постоянного и квазипостоянного, импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования и др.

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Так, допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются: Украина: 2,5 мкВт/см²: Россия, Венгрия: 10 мкВт/см²;США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см².

Степень воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на человека зависит отинтенсивности излучения, частоты и времени действия.

Таблица 2

ПДУ напряженности электрической и магнитной составляющих в диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц в зависимости от продолжительности воздействия

При снижении времени воздействия увеличивается ПДУ Е и Н; увеличении электрической и магнитной (Е и Н) составляющих - уменьшает их ПДУ (табл.2).

Таблица 3
Предельно допустимые уровни плотности потока энергии (ППЭ) в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

При уменьшении времени воздействия увеличивается ПДУ плотность потока энергии (ППЭ) (табл.2).

Нормируемым параметром электромагнитного поля в диапазоне частот: - 60кГц-300МГц является предельно-допустимое значение составляющих напряженностей эл. и магнитных полей.

- 300 МГц-300 ГГц является предельно-допустимое значение плотности потока энергии (ППЭПД):

- не более 10 Вт/м²;1000 мкВт/см² в производственном помещении.

- не более 5 мкВт/см² - в жилой застройке при круглосуточном облучении в соответствии с СН Þ ППЭпд.

Таблица 4

Независимо от продолжительности интенсивность воздействия не должна превышать максимальных значений (1000мкВт/см² для частот 300МГц-300ГГц).

Электромагнитное поле при большой интенсивностиприводит к перегреву тканей, воздействует на органы зрения и органы половой сферы; умеренной – к нарушению деятельности центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению биологических процессов в тканях и клетках; малой - к повышению утомляемости, головным болям и выпадению волос.

Электродрель и перфораторимеют электромагнитное напряжение, превышающее норму в 25 раз, водители такси или сотрудники силовых структур в течение всего рабочего дня имеют дело с радиопередатчиком, мощность излучения которого в 20 раз выше, чем у мобильного телефона.

Особенно вредно низкочастотное излучение (от компьютеров и сотовых телефонов). Его влияние приводит к изменению уровня эритроцитов, что повышает вероятность возникновения опухолей, подавляется гормональный фон, изменяются биотоки мозга, нарушаются функции половых органов. Согласно статистике, среди пользователей ПК страдают заболеваниями: сердечно-сосудистыми - 60% и желудочно-кишечного тракта 40%.

Сотовый телефонмощностью 0,6 Вт с рабочей частотой 900 МГц имеет «удельную» энергию поля в головном мозге - от 120 до 230 мкВт/см², при нормативе в России – 100.

Радиоактивное загрязнение

Рис. 33. Общий вид атомного взрыва в Хиросиме и Нагасаки

Источниками загрязнениямогут быть: естественные (залежи урановых руд) и искусственные(атомные испытания, радиоактивные выбросы, аварии на подводных лодках, атомных электростанциях и предприятиях).

Например, атомный взрыв в 1954 г. на военном полигоне "Тоцкое" в Оренбургской области(в 4 раза выше по мощности, чем в Хиросимо-Нагасаки в Японии в 1945 г.), катастрофические аварии, случившиеся на Чернобыльской АЭС в 1986 г., в ПО «Маяк» в 1957 г. в Челябинской области, где произошла утечка радиоактивных отходов, которые загрязнили 23 тыс. км² земли. Радиоактивный фон озера составил 120 млн. кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного реактора на Чернобыльской АЭС. Во всех случаях общим фактором является высокое радиоактивное загрязнение среды.

СПРАВКА. В Тоцком мощность плутониевой бомбы составила 40 килотонн в тротиловом эквиваленте - в несколько раз больше той, что взорвали над Хиросимой, погибли 43 тыс. советских солдат. Никаких проверок и обследований участников этого бесчеловечного эксперимента из соображения секретности не проводилось. Все скрывалось и умалчивалось. Потери среди гражданского населения до сих пор неизвестны. Архивы Тоцкой районной больницы с 1954 по 1980 гг. уничтожены. Из 45 тысяч военных, принимавших участие в Тоцких учениях, ныне в живых осталось чуть более 2 тысяч. Половина из них официально признаны инвалидами первой и второй группы, у 74,5% - выявлены болезни сердечно-сосудистой системы, включая гипертоническую болезнь и церебральный атеросклероз, еще у 20,5% - болезни органов пищеварения, у 4,5% - злокачественные новообразования и болезни крови.

В Хиросиме и Нагасаки 09.08.1945г. американцы сбросили атомную бомбу 13-18 и 21 килотонн тротила. Общее количество погибших составило от 90 до 166 тыс. чел. в Хиросиме и от 60 до 80 тыс.чел. - в Нагасаки.

Рис. 34. Атомный взрыв в Тоцком

Для количественной оценки действия ионизирующего излученияна облучаемый объект в радиационной дозиметрии введено понятие доза и мощность и соотносятся как мощность дозы, умноженная на времяили так же как скорость автомобиля и пройденное этим автомобилем расстояние.

Различают поглощенную, экспозиционную, эквивалентнуюи эффективную эквивалентнуюдозы, каждая из которых имеет внесистемные единицы измерения и в системе СИ.

Поглощенная доза (Д_п) представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенного единицей массы облучаемого вещества. В СИ за единицу измерения принимается 1 Грей. В прессе и научной литературе часто применяется внесистемная единица измерения поглощенной дозы - 1 рад, причем 1 Гр = 100 рад.

Для характеристики доз поглощения по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется экспозиционная доза (Д_эксп).Между экспозиционной и поглощеннойдозами ионизирующего излучения существует линейная зависимость:

Д_эксп = Д_п ^. К_эксп, Кл/кг,

где К_эксп - коэффициент пропорциональности равен 34 Кл/Дж или 0,876 Р/рад.

В системе СИ в качестве единиц измерения берется 1 Кл/кг, на практике используется внесистемная единица - 1 Рентген.

Для характеристики отдельных последствий облучения живых тканей и определениярадиобиологического разрушительного эффектавведено понятие эквивалентной дозы (Д_экв), которая определяется соотношением:

Д_экв = Д_п ^. К_обэ, Зиверт (Зв)

- где К_обэ-коэффициент относительной биологической эффективности(ОБЭ), значения которых представлены в табл. 4

Единицей измерений эквивалентной дозыв СИ является 1 Зиверт, внесистемной - «биологический эквивалент рада»: 1бэр=0,01 Дж/кг, т.е. 1Зв=100 бэр.

Величина 1 Зивертравна эквивалентной дозелюбого вида излучения, поглощенной 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Грей фотонного излучения.

При расчете дозыот гамма-излученияможно принять, что 1 зиверт = 100 рентген. Необходимо указывать на какой орган, часть или все тело пришлась данная доза. На практике, упрощенно, можно использовать соотношение: 1 Зиверт = 1 Грей = 100 Рентген = 100 бэр = 100 рад

К действию радиации более чувствительныодни части (органы, ткани), чем другие. Так, при одинаковой эквивалентной дозе облучения более вероятно возникновение рака в легких, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей учитываются с разными коэффициентами (k_рр) радиационного риска.

Умножив эквивалентную дозу на соответствующий органk_рр(табл. 5)и просуммировав по всем тканям и органам, получим эффективную эквивалентную дозу(Д_эфф._ЭКВ),отражающую суммарный эффект облучения организма (измеряется в Зивертах).

Таблица 5. Коэффициенты радиационного риска (k_рр) для разных органов человека при равномерном облучении всего тела

Измерение дозыоблучения проводят обычно с помощью дозиметров. В последние годы в продаже появились бытовые дозиметры-радиометры типа «Сосна» (АНРИ-01-02), ИРД-02Б1, «Белвар» (РКСБ-104), бытовые дозиметры «Белла» и «Мастер-1», различные индикаторы γ-излучения (типа «ЭЛТЕС-92» и другие). Действие распространенных дозиметров основано на измерении ионизации за определенное время, то есть мощности экспозиционной дозы, единица ее - микрорентген/час.

Для оценки воздействияна организм человекаиспользуются понятия эквивалентнаядозаи мощностьэквивалентной дозы.

Предельно допустимаядоза (ПДУ)ионизирующего излучения или максимальное годовое облучениес учетом естественных источников не должно превышать5 мЗв/год(миллизивертов в год). Измеряютсядоза и мощность радиации, соответственно, в зивертах (Зв) и зивертах/час. Предельно-допустимаямощность радиации: 5мЗв/год=5^.10³/365 ^. 24= 0,57 мкЗв/ч. Переселение жильцов производится, если практически невозможно снизить это превышение до значения 0,6 мкЗв/ч.

Согласно рекомендациям Международной комиссии по радиационной защите и Всемирного общества здравоохранения радиационный уровень,соответствующий естественному фону,признано считать уровень: нормальным - 0,1-0,2 мкЗв/ч (10-20 мкР/ч),допустимым - 0,2-0,6 мкЗв/ч (20-60 мкР/ч), повышенным - свыше 0,6-1,2 мкЗв/ч (60-120 мкР/ч). Усредненный радиационный фон в средней полосе России варьирует в пределах 0,1-0,2 мкЗв/ч (10-20 мкР/ч).

Для сравнения: средняя мощность радиации у цветноготелевизора составляет 0,4-0,5 мкЗв/ч (40-50 мкР/ч), а при полете на самолете на высоте 10-12 км - 5,0 мкЗв/ч (500мкР/ч). Поскольку от естественных источников радиации человек получает 240 мкЗв в год, то «остаток» до годовой допустимой нормы можно набрать за 22 часа полета на самолете, за 216 суток у телевизора или за одно исследование зуба в рентгенкабинете.

Радиоактивные веществараспространяются не только воздушным путем, в миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планктоном, который служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поедаются рыбами, птицами, животными и далее человеком.

Зачастую, глобальное повы­шение радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха над территорией России, зачастую, определяется больше за счет проводившихся ранее ядерных испытаний, аварий, радиоактивных выбросов, а также естественных источников.

Выявленные на модельных видах млекопитающих феногенетические уклонения в зоне, затронутой Тоцким ядерным взрывом, позволяют предполагать, что длительное проживание людей даже при сравнительно низких уровнях загрязнения радионуклидами может приводитьк накоплению генетически обусловленных мелких морфологических уродств и аберраций морфогенеза и увеличению их числа в последующих поколениях.

Радиоактивное загрязнение чрезвычайно опасно для живых организмов. Радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках - из-за появления многочисленных мутаций. Не существует малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы абсолютно безопасна для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

Ослабить действие радиацииможно за счет экранирования. Коэффициент ослабления составляет для каменных зданий - 10, деревянных - 2.

Радиоактивные отходы попериоду полураспададелятся на коротко- (до 1 года), средне- (до 100 лет) и долгоживущие (> 100 лет). Как правило, высокоактивные отходы концентрируются и изолируются, а низкоактивные - разбавляются и распыляются, загрязнения ОС.

12
Далее ⇒