Трефилов В. (ред.) Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 12.9. Классификация методов и средств защиты от вибрации

Действие жестких покрытий проявляется главным образом на низких и

средних частотах, мягких — на высоких. В качестве жестких покрытий исполь-

зуются вязкоупругие материалы (твердые пластмассы, битуминизированный

войлок, различные полимерные смеси). В качестве мягких — мягкие пластмас-

сы, материалы типа резины, пенопласты, поливинилхлоридные пластики. Хо-

рошо демпфируют колебания смазочные материалы. Например, консистентные

смазки в подшипниковых узлах, а также масляные ванны в редукторах.

Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защи-

щаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактивных импе-

дансов, т.е. сопротивлений упругого или инерционного типа.

Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на са-

мостоятельные фундаменты (рис. 8.13). Массу фундамента подбирают таким

образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не

превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений — 0,005 мм. Для

небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную

опорную плиту.

Рис.12.10. Установка агрегатов на виброгасящем основании:

а- на фундаменте и грунте, б- на опорной плите.

248

Кроме такого способа, изменение реактивного сопротивления системы

может быть достигнуто путем установки виброгасителей. Динамические вибро-

гасители представляют собой дополнительную колебательную систему.

На рис. 12.11 представлен агрегат массой М и жесткостью К

имеющий

частоту колебании f. Виброгаситель подбирается по характеристикам массы т и

жесткости К

так, чтобы его собственная частота колебаний f

была равна ча-

стоте f:

Рис. 12.11. Динамический гаситель колебаний.

Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем

в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофа-

зе с колебаниями агрегата. Недостатком динамического виброгасителя является

то, что он действует только при определенной частоте, соответствующей его

резонансному режиму колебаний.

Виброгашение связано с ослаблением колебаний посредством при-

соединения к системе дополнительных реактивных импедансов. Поэтому оно

может быть осуществлено также путем изменения упругих характеристик ко-

лебательной системы. Увеличение жесткости системы достигают соответст-

вующим изменением конструкции и, в частности, введением ребер жесткости.

В последнем случае помимо упругих свойств колебательных систем нарушает-

ся синфазность колебаний отдельных поверхностей, снижаются амплитуды

смещения отдельных точек. Это в значительной мере способствует снижению

амплитуды смещения отдельных точек и снижению уровня вибрации.

Виброизоляция — это уменьшение уровня вибрации защищаемого объек-

та путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колеба-

ний (рис. 12.12). Виброизоляция осуществляется посредством введения в коле-

бательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче

вибраций от машины — источника колебаний — к основанию или смежным

элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ос-

лабления передачи вибраций от основания на человека, либо на защищаемый

агрегат.

Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специальные

упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи,

который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание

249

при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это

отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция дости-

гается при КП= 1/8-1/15.

Коэффициент передачи может быть рассчитан по формуле:

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

КП

где f — частота возмущающей силы;

–собственная частота системы на виброизоляторах.

а) б)

Рис.12.12. Виброизоляция станка (а), рабочего места (б).

Оптимальное соотношение между f и f

равно 3.. .4.

Для виброизоляции машин с вертикальной возмущающей силой приме-

няют виброизолирующие опоры 3-х типов: резиновые, пружинные и комбини-

рованные (рис. 12.13).

Пружинные по сравнению с резиновыми имеют ряд преимуществ. Они

могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот (обеспечи-

вают любую деформацию), дольше сохраняют постоянство упругих свойств во

времени, хорошо противостоят действию масел и высокой температуры, отно-

сительно малогабаритны. Однако металлические пружины имеют тот недоста-

ток, что будучи спроектированы на низкую частоту, они пропускают более вы-

сокие.

Рис. 12.13. Виброизолирующие опоры: а -пружинные, б - резиновые.

250

251

Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко

придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин

малой и средней массы (электродвигателей и т.п.). В виброизоляторах резина

работает на сдвиг и (или) сжатие.

Методы и средства защиты от вибрации по расстоянию.

При наличии технической возможности отсутствия контакта оператора с

вибрирующим объектом на практике рекомендуется использование системы

дистанционного управления, автоматического контроля и сигнализации, а так-

же инвентарных ограждений. В ряде случаев снижение воздействия вредного

фактора (вибрации) достигается оптимальным размещением технологического

оборудования, машин и механизмов, рабочих мест.

Методы и средства защиты от вибрации по времени.

Это система защиты, при которой исключается одновременное присутст-

вие в данном месте пространства человека и действие опасного фактора, если

такое совмещение произошло, действие неблагоприятного фактора ограничива-

ется безопасным временем. В первую очередь, к данным средствам коллектив-

ной защиты относятся: организация рационального режима труда и отдыха ра-

ботников, назначение специального питания и лечебно-профилактических про-

цедур и пр.

12.6.2 Методы и средства индивидуальной защиты от вибрации

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) рук, ног и тела оператора от

вибрации используются на производстве в случае необходимости. В качестве

СИЗ рук от вибрации применяются антивибрационные рукавицы. Основными

требованиями, сформулированными в нормативной документации, являются:

эффективность, которая регламентируется в частотном диапазоне 8...2000 Гц

при фиксированной силе нажатия 50.....200 Н; максимальная толщина упруго-

демпфирующего материала 5.....10мм. В зависимости от области применения

средства защиты ног подразделяются на обувь, подметки и наколенники. В них

используются специальные вибродемпфирующие материалы, которые ослабля-

ют вибрацию в диапазоне частот 11…90 Гц. Для защиты тела оператора ис-

пользуются нагрудники, пояса и специальные костюмы. Все виды защиты сни-

жают вибрацию максимум на 10 дБ.

ГЛ А ВА 13. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ

ИОНИЗАЦИИ

Великий переворот в жизни человечества, связанный с внедрением ядер-

ной энергии, открыл невиданные ранее возможности в решении многих про-

блем социального и экономического характера. В наши дни сфера применения

радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучений весьма много-

гранна. Это – осуществление неразрушающего контроля структуры сплавов, ка-

чества изделий, изменение физических и химических свойств различного рода

материалов, стерилизация перевязочных материалов и медицинских изделий,

исследования функционального состояния различных систем организма, лече-

ние злокачественных новообразований и т.д.

Радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений находят

широкое применение в различных областях народного хозяйства: ядерной энер-

гетике, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях

промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине.

Вместе с тем, являясь мощным средством технического прогресса, атом-

ная энергия таит в себе огромную потенциальную опасность, которая может

оказать вредное влияние на организм человека или нарушить нормальную жиз-

недеятельность людей.

Стремительно вошедшая в нашу жизнь атомная энергия и ее массовое ис-

пользование вызвали необходимость установления надежного заслона возмож-

ности отрицательного влияния ионизирующего излучения на организм.

Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на чело-

века во многом определили специфику разработки средств и методов защиты.

Стремительное развитие ядерной энергетики, выпуск различного вида радиаци-

онной техники и приборов, резкое расширение производства радиоактивных

изотопов еще острее ставят задачу радиационной защиты лиц, работающих в

сфере действия радиации, и населения различных регионов страны.

Ионизирующее излучение — любое излучение, взаимодействие которо-

го со средой приводит к образованию ионов. Ультрафиолетовое излучение, хотя

и способно ионизировать среду, не принято относить к ионизирующим излуче-

ниям.

13.1 Виды ионизирующих излучений

К ионизирующим излучениям относятся:

− Гамма-излучение — электромагнитное фотонное излучение, ис-

пускаемое при ядерных превращениях или при ассимиляции частиц;

− Характеристическое излучение — фотонное излучение с дискретным

спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома;

− Тормозное излучение — фотонное излучение с непрерывным спектром,

испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Тор-

мозное излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения, в

рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т. п.;

252

− Рентгеновское излучение — совокупность тормозного и харак-

теристического излучений, диапазон энергии фотонов которого составляет 1

КэВ — 1 МэВ;

− Корпускулярное излучение — ионизирующее излучение, состоящее из

частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-частиц, протонов, ней-

тронов и др.).

По взаимодействию ионизирующего излучения с веществом оно подраз-

деляется на несколько видов.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых ве-

ществом при радиоактивном распаде ядер или ядерных реакциях. Этот вид из-

лучения наблюдается преимущественно у естественных радиоактивных эле-

ментов (радий, торий, уран и др.). Их энергия не превышает несколько мега-

электроновольт (МэВ). Длина пробега в воздухе 2,5—9 см, в биологических

тканях несколько десятков микрометров. Обладая сравнительно большой мас-

сой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веще-

ством, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую

удельную ионизацию.

Бета-излучение — поток электронов или позитронов, возникающих при

радиоактивном распаде. Энергия бета-частиц не превышает нескольких мега-

электроновольт (МэВ). Максимальный пробег в воздухе составляет около 1700

см, в тканях — 2,5 мм. Ионизирующая способность бета-частиц ниже, а прони-

кающая способность выше, чем альфа-частиц, так как они обладают зна-

чительно меньшей массой и при равной с альфа-частицами энергией имеют

меньший заряд. В результате ионизации в некоторых средах происходят вто-

ричные процессы: люминесценция, фотохимические реакции, образование хи-

мически активных радикалов.

Гамма-излучение. Его энергия находится в пределах 0,01—10 МэВ. Про-

никающая способность гамма-излучения очень высокая и находится в прямой

зависимости от энергии.

Рентгеновское излучение — характеризуется очень короткой длиной вол-

ны (0,006—2 нм). Важнейшим по свойствам при взаимодействии с веществом

является большая проникающая способность при незначительной ионизации

среды.

Способностью преобразовывать свою энергию в упругих и неупругих

взаимодействиях с ядрами атомов обладают нейтроны, которые сами не несут

на себе электрического заряда. При упругих взаимодействиях возникает обыч-

ная ионизация вещества. При неупругих — возникает вторичное излучение. В

зависимости от кинетической энергии нейтроны разделяются на сверхбыстрые,

быстрые, промежуточные, медленные и тепловые.

Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии

и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют.

Ионизация - образование положительных и отрицательных ионов и сво-

бодных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул под воздей-

ствием излучений.

Для ионизации среды необходима энергия. Энергию излучения, которая

расходуется на ионизацию, измеряют во внесистемных единицах, производных

253

от единицы энергии джоуль (Дж), которая называется электрон-вольт (эВ).

Энергию в 1 эВ приобретает электрон с зарядом -1 при прохождении уско-

ряющей разности потенциалов в 1 В. 1 эВ = 1,6·10

–19

Дж.

Мерой самой ионизации, по определению, является ионизирующая спо-

собность излучения, которая, естественно, должна иметь размерность количест-

ва электричества, отнесенного к единице массы ионизируемой среды, т.е. кулон,

деленный на килограмм (Кл/кг). Таким образом, мерой ионизации, или об-

лучения (воздействия ионизирующего излучения на вещество), является показа-

тель, характеризующий величину появившихся под действием излучения заря-

дов электричества в единице массы вещества. Этот показатель называют экспо-

зиционной дозой, измеряемый в рентгенах (Р).

1 Р – мера экспозиционной дозы ионизирующего излучения, под действи-

ем которого в облучаемой среде (1 см

сухого воздуха при температуре 0°С и

давлении 760 мм рт. ст.) возникает одна электростатическая единица электриче-

ства (э.с.е.). 1 э.с.е. определили, когда в нашей стране была принята система

единиц СГС, в которой мерой количества электричества была принята 1 э.с.е.,

эквивалентная 2,08·10

зарядам пар ионов, так как заряд одного иона в системе

СГС равен 4,8·10

–10

э.с.е.

После пересчета 1 см

воздуха в килограммы массы и 1 э.с.е. – в кулоны

получим соотношение 1 Р = 2,58·10

–4

Кл/кг.

На генерацию такого количества электричества необходимо затратить

0,0088 Дж/кг энергии. Эту величину называют энергетическим эквивалентом 1

рентгена (э.э.р.).

Энергетический эквивалент рентгена можно выразить в радах (рад); 1

э.э.р. = 0,88 рад, или 0,0144 Дж/кг= 1,14 э.э.р. = 1 рад.

Важной характеристикой источника ионизирующего излучения является

активность источника, равная числу самопроизвольных ядерных превращений

в этом источнике за определенный интервал времени. Единица активности бек-

керель (Бк), равна 1 ядерному превращению (распаду) за 1 с. Единицу, равную

3,7-10

Бк, называют кюри (Ки), что соответствует активности 1 г радия. На

практике используют удельную активность (Бк/кг; Ки/кг), объемную (Бк/л;

Ки/л), а также активность, отнесенную к площади (Бк/м

; Ки/км

Облучение - процесс поглощения энергии материальным телом от источ-

ника излучения.

Основной мерой облучения (вредного воздействия ионизирующего излу-

чения) является величина, характеризующая объем поглощенной от источника

ионизирующего излучения энергии, отнесенной к единице массы облучаемого

вещества.

О масштабе поглощения энергии водой от источника в 1 г радия говорит

тот факт, что при адиабатическом процессе она в объеме 200 мл за 6 суток на-

гревается от 0 °С до кипения.

Величину, равную отношению средней энергии, переданной ионизирую-

щим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом

объеме, называют поглощенной дозой. Единица поглощенной дозы - грей (Гр) -

является основной дозиметрической величиной. 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

254

По локальному признаку и характеру воздействия на человека облучения

могут быть следующих видов:

общее, или тотальное (всего тела человека);

неравномерное (отдельных частей тела);

острое (части тела человека узконаправленным пучком ионизирующих

облучений);

однократное;

дозированное (строго определенной дозой);

внешнее (от источника, находящегося вне тела человека);

внутреннее (от источника, находящегося внутри тела человека).

Биологическое (патологическое) воздействие на человека облучения от

различных источников излучений неодинаково.

Поэтому для оценки возможного ущерба здоровью человека от хрониче-

ского воздействия ионизирующего излучения произвольного состава вводится

понятие эквивалентной дозы, определяемой как произведение поглощенной до-

зы на средний коэффициент качества (см. ниже).

Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв). 1 Зв = 100 бэр = = 1 Дж/кг. Бэр

- внесистемная единица. Расшифровывается как биологический эквивалент ра-

да.

Не следует допускать широко распространенной ошибки, состоящей в

том, что иногда пишут: 1 Р = 0,88 рад. Рентген и рад имеют разные размерно-

сти: 3876 Р = 1 Кл/кг; 100 рад = 1 Гр= 1 Дж.

Правильна запись: 1 э.э.р. = 0,88 рад; 114 э.э.р. = 100 рад = = 1 Гр = 1

Дж/кг.

При определении эквивалентной дозы принимается следующий состав

мягкой биологической ткани: 10 % водорода; 11 % углерода; 3 % азота; 76 %

кислорода по массе.

Коэффициент качества К - коэффициент для учета биологической эф-

фективности разных видов ионизирующих излучений при определении эквива-

лентной дозы. Значения К, необходимые для определения эквивалентной дозы с

неизвестным энергетическим составом, представлены в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Значения коэффициента качества К для различных видов излучений

Вид излучения Коэффициент ка-

чества

Рентгеновское и гамма-излучение 1

Электроны и позитроны, бета-излучение 1

Протоны с энергией до 10 МэВ 10

Нейтроны с энергией до 20 кэВ 3

Нейтроны с энергией более 10 МэВ 10

Альфа-излучение с энергией более 10 МэВ 20

Тяжелые ядра 20

Таким образом, последствия облучения человека от двух источников раз-

личной природы, но одинаковой ионизирующей способности относительно

255

воздуха, т.е. с одинаковыми экспозиционными дозами, например в 1 P, могут

различаться в 20 раз. Например, для источников альфа- и гамма-излучений ин-

тенсивностью в 1 P эквивалентная доза облучения составит 0,88 рад • 20 = 17,6

бэр = 0,176 Зв для альфа-излучения и 0,88 рад • 1 = 0,88 бэр = 8,8 Зв для гамма-

излучения.

13.2 Промышленные источники ионизирующих излучений

В промышленности и в других отраслях активной деятельности человека

источники ионизирующих излучений в абсолютном большинстве случаев при-

меняются в виде источников закрытого типа.

Источники внешнего воздействия ионизирующих излучений по физико-

технологическому принципу действия распределяются по следующим основ-

ным группам: радиоизотопные источники электрической энергии; мощные ра-

диационные устройства с источниками гамма-излучения и с ускорителями элек-

тронов; радиационные дефектоскопы; радиоизотопные приборы; высокочувст-

вительные установки для ядерно-физических методов анализа.

Мощные гамма-установки широко применяются в радиационной химии,

особенно в нефтехимии, для получения новых химических соединений и при-

дания материалам новых свойств; для стерилизации пищевых продуктов; в на-

учно-исследовательских целях. В промышленности и научно-

исследовательских учреждениях используются установки рентгеновского излу-

чения низких энергий для исследования внутренней структуры кристаллов.

Все более масштабные размеры в нашей стране принимает использование

атомных реакторов в качестве энергетических установок на атомных электро-

станциях и ледокольном флоте.

К группе потенциальных производственных источников ионизирующей

радиации относятся предприятия по добыче, переработке и получению расщеп-

ляющих материалов и искусственных радиоактивных веществ (предприятия

атомной промышленности): урановые рудники, гидрометаллургические заводы

по получению обогащенного урана и очистке урановых концентратов, заводы

по производству ядерного горючего.

Естественные радиоактивные нуклиды могут встречаться на неурановых

рудниках и предприятиях промышленности редких металлов.

К основным, наиболее распространенным источникам ионизирующего

излучения в промышленности, относятся радиоизотопные приборы (РИП) и

гамма-дефектоскопические аппараты, являющиеся источниками закрытого ти-

па. Радиоизотопные приборы представлены толщиномерами, уравнемерами,

плотномерами, нейтрализаторами статического электричества, счетчиками

предметов, переносными радиометрическими приборами для измерения влаж-

ности и плотности различных сред.

В толщиномерах используют β- и γ-активные изотопы для автоматическо-

го контроля и измерения толщины прокатываемого металла, бумаги, толщины

стенок трубопроводов и емкостей. В основе действия толщиномеров лежит за-

256

висимость степени поглощения радиоактивного излучения от толщины облу-

чаемого предмета.

Гамма-уравнемеры, широко применяемые в металлургической промыш-

ленности, используются при непрерывной разливке стали, обеспечивают авто-

матическое регулирование уровня стали. Уравнемеры применяются также для

измерения и контроля уровня жидких и сыпучих материалов в металлургиче-

ской, угольной и химической промышленности.

Для борьбы со статическим электричеством, возникающим при перера-

ботке изделий в химической, текстильной, бумажной, полиграфической и дру-

гих отраслях промышленности, успешно применяют радиоизотопные нейтрали-

заторы. Действие радиоизотопных нейтрализаторов основано па способности α-

частиц, испускаемых радиоактивным изотопом плутония-239, или β-частиц, ис-

пускаемых тритием, ионизировать воздух. Ионы с зарядами, противоположны-

ми заряду материала, будут перемещаться к нему и нейтрализовать его заряды.

В текстильной промышленности радиоизотопные нейтрализаторы приме-

няют на чесальных, гребнечесальных, ленточных, сновальных, шлихтоваль-

ных, стригальных, ворсовальных машинах, при переработке натуральных и

химических волокон; в полиграфической промышленности на листорезальных,

печатных машинах.

В металлообрабатывающих и литейных цехах радиоизотопные приборы

используют для блокировки агрегатных станков и машин и на автоматических

линиях.

Радиоизотопные блокирующие устройства, широко применяемые на ма-

шиностроительных заводах, автоматически регулируют работу прессов. В ме-

ханических цехах применяется бесконтактный радиоизотопный метод контроля

целостности инструмента, в основе которого лежит регистрация интенсивности

β-излучения. При поломке инструмента пучок β-излучения попадает на при-

емник, выходные контакты электромагнитного реле, разрывает цепь электро-

привода автоматической линии, что приводит к ее остановке.

Радиационная опасность при изготовлении, транспортировке, хранении,

установке и эксплуатации РИП определяется следующими факторами: гамма-

излучением и тормозным излучением; рентгеновским излучением; альфа- и бе-

та-излучением; потоками нейтронов; радиоактивным загрязнением рабочих по-

верхностей блока источников излучения РИП, оборудования и т. п.

Защитные мероприятия осуществляются с учетом воздействия на челове-

ка всех вышеперечисленных видов излучения и направлены на снижение сум-

марной экспозиционной дозы излучения до допустимого уровня [Нормы радиа-

ционной безопасности (НРБ-99) и Санитарные правила (СП 2.6.1.758-99)].

Радиоактивное излучение используется также для изучения внутреннего

строения (макроструктуры) изделий или заготовок на наличие скрытых дефек-

тов — гамма-дефектоскопия. Она широко применяется в судостроении, маши-

ностроении, металлургии, при строительстве магистральных трубопроводов,

тепловых и атомных электростанций для контроля качества сварки, пайки и ли-

тья, выявления трещин, раковин, определения их форм и размеров.

Гамма-дефектоскопия различается по способу регистрации излучения,

прошедшего через контролируемый объект. Для гамма-дефектоскопии исполь-

257