Іонізуюче випромінювання

3.4.4.4.1. Основні поняття та визначення іонізуючого випромінювання

Іонізуюче - це випромінювання, під впливом якого з нейтральних молекул та атомів утворюються іони. Іонізуюче випромінювання реалізує свою біологічну дію через ефекти іонізації та наступний розвиток хімічних реакцій у біологічних структурах клітини. Внаслідок впливу іонізуючого випромінювання в організмі людини можуть відбуватися хімічні, фізичні та біологічні процеси. Розрізняють

3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності

квантове (електромагнітне) та корпускулярне іонізуюче випромінювання (рис. 44).

Ультрафіолетове випромінювання - це найбільша короткохвильова частина спектра сонячного світла, яке генерується внаслідок зміни стану електронів на зовнішніх оболонках.

Рентгенівське випромінювання виникає внаслідок зміни стану електронів на внутрішніх оболонках атома.

Гамма-випромінювання генерується збудженими ядрами атомів та елементарними частками.

Альфа-випромінювання - це потік позитивно заряджених часток - атомів гелію, що виникають під час розпаду радіоактивних ізотопів.

Бета-випромінювання - це потік електронів чи позитронів, які випромінюються атомними ядрами при бета-розпаді радіоактивних ізотопів.

Потоки часток - це потоки нейтронів та протонів, що виникають під час ядерних реакцій.

Джерелами іонізуючого випромінювання є прилади, які мають великі напруп-споживання: високовольтні випромінюючі діоди, потужні генераторні та модуля торні лампи, підсилювачі, генератори та ін.

Іонізуюче випромінювання виникає під час розпаду радіоактивних ядер. Кіль кісною характеристикою джерела випромінювання є активність, яку виражаюті числом радіоактивних перетворень за одиницю часу. В системі " Сі" - це 1-ядерні перетворення за секунду (розпад/с) - 1 бекерель. Позасистемна одиниця-кюрі 1 Кю = 3, 77x10 Бк.

Міру дії іонізуючого випромінювання визначає його доза. Розрізняють погли нуту та еквівалентну дозу випромінювання. Поглинута доза характеризує енергік іонізуючого випромінювання, яка поглинута одиницею маси людини. Одиниця ви міру поглинутої дози в системі " Сі" - грей (Гр), позасистемна одиниця - рад.

1 рад = 0, 01 Дж/кг;

3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності 125

1Гр=1 Дж/кг=100рад.

Поняття поглинутої дози не враховує, що вплив однієї і тієї ж дози різних випромінювань неоднаковий. Поняття еквівалентної дози визначає вплив різних видів випромінювання та дає підстави пов'язувати біологічний ефект будь-яких випромінювань до впливу гамма-променів

Д = КД_П, (45)

де К - коефіцієнт якості випромінювання; Д_п - величина поглинутої дози для гамма - випромінювання.

Коефіцієнт якості показує у скільки разів біологічний ефект певного виду випромінювання відрізняється від такої ж дії гамма-випромінювання: К=1 - для рентгенівського; К=10 - для нейтронів; К = 20 - для а-часток. Еквівалентну дозу в системі " Сі'" вимірюють зівертами (Зв).

Часто використовують позасистемну одиницю - бер (біологічний еквівалент рентгена)

1 Бер = 0, 01 Дж/кг = 0, 01 Зв; 1 Зв=100бер.

Іонізуюча здатність випромінювання в повітрі характеризується експозиційною дозою. За одиницю дози в системі " Сі" взято величину - кулон/кг (К/кг). Це така доза випромінювання, при якій у 1 кг сухого повітря виникають іони, які несуть заряд 1 кулон електрона кожного знака. Для характеристики цієї дози також використовують позасистемну одиницю-рентген (р).

Рентген - це доза гамма-випромінювання, під впливом якої в 1 см сухого повітря за нормальних умов (температура 0°С, тиск 760 мм рт.ст.) утворюються іони, що несуть одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знака. Доза в один рентген дорівнює 2, 08х10⁹ пар іонів в 1 см³ повітря.

1 р = 2, 58х10" ⁴ кл/кг.

Поглинута й експозиційна дози випромінювання, віднесені до одиниці часу, визначають потужність доз (рівень радіації). Рівень радіації характеризує ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може одержати людина, перебуваючи на забрудненій території за одиницю часу. Рівень радіації вимірюють у рентген/годинах, рад/годинах, бер/годинах.

Наприклад, за результатами експертів, сумарний вихід радіоактивних матеріалів у результаті аварії на ЧАЕС становив 50 млн кюрі, що рівнозначно наслідкам вибухів 500 атомних бомб такого самого типу як ті, що були скинуті в 1945 р. на Хіросіму і Нагасакі. Відбулося радіоактивне забруднення більш як 2, 3 тис. населених пунктів в 12 областях України, усього було заражено 50 тис. кв. км. площі. В Україні станом на 2004 р. налічували 3, 2 млн потерпілих від катастрофи, в тому числі близько 1 млн дітей.

3.4.4.4.2. Вплив іонізуючого випромінювання на організм людини

У процесі дослідження впливу іонізуючого випромінювання на організм людини виявлено такі особливості:

- висока руйнівна сила поглинутої енергії випромінювання;

- наявність прихованого періоду благополуччя;

- вплив від малих доз може складатись або накопичуватись. Цей ефект називається кумуляцією;

126 3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності

- випромінювання впливає не лише на живий організм, але й на його нащадків (генетичний ефект);

- ефективність впливу випромінювання залежить від частоти його дії;

- різні органи людини та організми по-різному реагують на випромінювання.
Багаторічні дослідження визначили такі граничні значення доз, які спричиняють

різні зміни в організмі.

1. Доза величиною 100 гр є смертельною, що відбувається, як правило, протягом декількох годин чи діб.

2. При дозах опромінення від 10 до 50 гр опромінена людина помре через 1-2 тижні.

3. Від дози опромінення 3-5 гр вмирає майже половина усіх опромінених (50% смертельна доза).

Ступінь небезпеки залежить також від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму.

Зв'язок між відстанню К до радіоактивного джерела та дозою опромінювання має вигляд

R = VMMT7a\ (46)

де М - радіоактивність джерела, Бк; Т - час опромінення, год; Д - доза опромінення, кулон/кг.

У разі використання захисних екранів використовують формулу:

J_x = J₀ е~^м", (47)

де J_x, J₀ - інтенсивність випромінювання при відсутності поглинала та наявності екрана; (і - коефіцієнт послаблення випромінювання; х - товщина поглинала.

Ефективність виведення радіоактивних речовин характеризується періодом його напіввиведення з організму людини. Період ефективного напіввиведення Т_еф - це час, протягом якого кількість радіоактивного елемента зменшується вдвічі внаслідок радіоактивного розпаду та біологічного виведення

Т₀, 5 • Т_б

^е* ~ т_{0 5} + Т₆ '

де Т₀, 5 - період напіврозпаду радіоактивних елементів; Т_б - період біологічного напіввиведення радіоактивних елементів.

Період напіврозпаду - це час, протягом якого розпадається половина атомів радіоактивного елемента. Період біологічного напіввиведення - це час, протягом якого кількість радіоактивного елемента зменшується вдвічі внаслідок фізіологічного обміну. Період напіврозпаду визначають законом природного розпаду радіоактивних атомних ядер

N = N е^-" С49Л

де N, N₀ - відповідно, кількість ядер у певному об'ємі речовини на момент часу t та t = 0; А, - константа розпаду.

3.4.4.4.3. Захист від іонізуючого випромінювання

До інженерно-технічних методів та засобів захисту можна віднести такі: колективний (група будинків, район, населений пункт), локальний (окремі будівлі, приміщення) та індивідуальний.

3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності

Колективний захист спирається на розрахунок поширення хвиль в умовах певного рельєфу місцевості.

Локальний захист заснований на використанні радіозахисних матеріалів, які забезпечують високе поглинання енергії випромінювання у матеріалі та віддзеркалення від його поверхні. До інженерно-технічних методів захисту також належить:

- конструктивна можливість працювати на зниженій потужності у процесі налагоджування, регулювання та профілактики;

- дистанційне керування об'єктами.

Засоби індивідуального захисту використовують у тих випадках, коли інші захисні заходи неможливі чи недостатньо ефективні. Для захисту тіла використовують одяг із металізованих тканин та матеріалів, що поглинають радіовипромінювання. Очі захищають спеціальними окулярами зі скла з нанесеною на внутрішній бік провідною плівкою двоокису олова.

3.4.4.5. Хімічні чинники небезпеки

3.4.4.5.1. Загальна характеристика шкідливих хімічних речовин

Сьогодні в світі виробляють близько 1 млн різних хімічних речовин, з яких приблизно 700 широко застосовують у промисловості, сільському господарстві, побуті.

Небезпеку хімічних речовин визначають їхньою здатністю проникати крізь органи дихання, травлення, шкірні та слизові оболонки. Рівень та характер порушень нормальної життєдіяльності організму залежить від фізико-хімічних, токсичних властивостей хімічних речовин, тривалості та шляхів впливу на організм.

Для небезпечних хімічних речовин встановлено їх граничну допустиму концентрацію ГДК в повітрі, воді та інших середовищах.

Гранично-допустима концентрація - це максимальна кількість небезпечно-хімічних речовин в одиниці об'єму чи ваги, яка при щоденному впливі протягом необмеженого тривалого часу не викликає в організмі паталогічних відхилень, а також наступних негативних змін у потомстві. При встановленні ГДК використовують розрахункові методи, результати біологічних експериментів, а також матеріали спостережень.

Оцінюють вплив хімічних небезпек при вмісті в повітрі середовища існування людини одночасно декількох шкідливих речовин односпрямованої дії за сумою відношень фактичних концентрацій речовини до їх ГДК, яка не має перевищувати одиниці

С' ^² ^³ С„..__п

-------------------------------------- Г...Н------------ Si. (jU)

ГДК, ГДК₂ ГДКз ГДК_П ^k '

де Сі, С₂,...С_П - фактична концентрація шкідливих речовин, мг/м; ГДК_Ь ГДК₂,... ГДК„ - відповідно гранично-допустимі концентрації, мг/м³.

До речовин односпрямованої дії належать такі речовини, які близькі за хімічною будовою та характером впливу на організм людини. У випадку періодичної дії шкідливих речовин у повітрі середовища існування людини використовують поняття середньозмінної концентрації для конкретного періоду

_ C]ti +C₂t₂ +... + C„t„

^сз_ t, + t₂ +... + t_n ^ '

де с_ь c₂,...c_n - концентрації шкідливих речовин на окремих стадіях (операціях) технологічного процесу, видах діяльності, відпочинку тощо мг/м; t_b t₂,... t_n - тривалість

■

128 3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності

окремих стадій (операцій) технологічного процесу, видах діяльності, відпочинку тощо.

Середньозмінна концентрація шкідливих речовин не повинна перевищувати гранично допустимої середньозмінної концентрації ГДК_С3.

3.4.4.5.2. Класифікації небезпечних хімічних речовин

Серед небезпечних хімічних речовин особливо виділяють спеціальні отруйні речовини, які призначені для знищення людей, тварин та рослин. Отруйні речовини - це токсичні хімічні з'єднання з певними хімічними та фізичними властивостями. Агрегатні стани отруйних речовин: пара, аерозолі, краплі. Отруйні речовини класифікують:

- за характером вражаючої дії: смертельні; ті, що тимчасово виводять з ладу; подразнюючі та навчальні;

- за швидкістю настання вражаючої дії: швидкодіючі та повільнодіючі;

- за тривалістю збереження: стійкі та нестійкі.

Усі хімічні речовини за ступенем небезпеки для людини поділяють на 4 класи:

1) надзвичайно небезпечні;

2) дуже небезпечні;

3) помірно небезпечні;

4) мало небезпечні.

Дія шкідливих речовин на організм людини може супроводжуватись інтоксикацією, що призводить до розвитку професійних захворювань. Більшість шкідливих речовин незалежно від дози та шляху проникнення в організм має вибіркову токсичність, тобто здатність впливати на окремі клітини та структури тканини, не зачіпаючи при цьому інші, з якими вони перебувають у безпосередньому контакті.

Залежно від практичного використання небезпезпечні хімічні речовини, які забруднюють довкілля (полютанти) поділяють на:

- промислові отрути;

- отрутохімікати, що використовують у сільському господарстві (гербіциди, пестициди);

лікарські препарати;

- сигарети, наркотики;

- побутова хімія (харчові добавки, засоби санітарії, особистої гігієни, косметичні засоби);

- хімічна зброя.

Відповідно до характеру дії на організм людини хімічні речовини поділяють на токсичні, подразнюючі, мутагенні, канцерогенні, наркотичні, задушливі, такі, що впливають на репродуктивну функцію, сенсибілізатори.

Токсичні речовини - це речовини, які викликають загальне отруєння або впливають на окремі системи організму людини. Ці речовини можуть спричинити патологічні зміни певних органів, наприклад, нирок, печінки. Прикладом таких речовин є концентровані розчини кислот, лугів, селітри, чадний газ тощо.

Подразнюючі речовини зумовлюють подразнення слизових оболонок, дихальних шляхів, очей, легенів, шкіри (наприклад, пари кислот, лугів, аміак).

Мутагенні речовини призводять до порушення генетичного коду, зміни спадкової інформації. Це - свинець, радіоактивні речовини та ін.

Канцерогенні речовини зумовлюють, як правило, злоякісні новоутворення - пухлини (ароматичні вуглеводні, циклічні аміни, азбест, нікель, хром тощо).

3. Безпека людини в різних сферах життєдіяльності

Наркотичні речовини впливають на центральну нервову систему (спирти, ароматичні вуглеводні).

Задушливі речовини призводять до токсичного набряку легенів (монооксид карбону, оксиди нітрогену).

Речовин, що впливають на репродуктивну функцію це - радіоактивні ізотопи, ртуть, свинець тощо.

Сенсибілізатори - речовини, що діють як алергени (розчинники, лаки на основі нітро- та нітрозосполук, формалін та ін.).

Токсичні (отруйні) речовини спричиняють не тільки погіршення здоров'я та працездатності людей, а й негативно впливають на живі організми, призводять до порушення екологічної рівноваги. Шляхи проникнення отруйних речовин в організм людини це - шкіра, органи дихання та шлунок. Рівень ураження речовинами залежить від їхньої токсичності, вибіркової дії, тривалості, а також від їх фізико-хімічних властивостей.

За вибірковістю дії шкідливі речовини поділяють на:

- серцеві (кардіотоксична дія) - ліки, рослинні отрути, солі барію, калію, кобальту, кадмію тощо;

- нервові (порушення психічної активності) - монооксид карбону, фосфорорганічні сполуки, алкогольні вироби, снотворні, наркотичні засоби;

- печінкові - хлоровані вуглеводні, альдегіди, феноли, спиртні напої, отруйні гриби;

- ниркові - сполуки важких металів, етиленгліколі, щавлева кислота;

- кров'яні - анілін, його похідні, нітрити;

- легеневі - монооксид карбону, оксиди нітрогену, озон, фосген.
За тривалістю дії шкідливі речовини поділяють на три групи:

- летальні, що призводять або можуть призвести до смерті (у 5% випадків) -термін дії до 10 діб;

- тимчасові, які спричиняють нудоту, блювання, набряки легенів, біль у грудях - термін дії від 2 до 5 діб;

- короткочасні, що подразнюють слизову оболонку, спричинюють головний біль, задуху, загальну слабкість, зниження температури - термін дії кілька годин.

3.4.4.5.3. Шляхи потрапляння полютантів в організм людини

Велика кількість захворювань та отруєнь зумовлена проникненням в організм людини шкідливих газів, парів, аерозолів головно через органи дихання. Це дуже небезпечно тим, що потрапляючи у кров, шкідливі речовини розносяться по всьому організму. Загальнотоксична дія аерозолів зумовлена тим, що пилові частки (до 5 мкм), проникаючи в глибокі дихальні шляхи, частково або повністю розчиняються в лімфі і, надходячи у кров, викликають інтоксикацію. Високодисперсні пилові часточки дуже важко вловлювати.

Отруйні речовини попадають у шлунково-кишковий тракт через недотримання правил особистої гігієни, наприклад, харчування або куріння на робочому місці без попереднього миття рук. Ці речовини відразу можуть потрапляти у кров з ротової порожнини. До них, наприклад, належать жиророзчинні сполуки, феноли, ціаніди.

Шкідливі речовини потрапляють в організм людини як через шкіру рук, так і через незахищені ділянки шкіри у випадках високих концентрацій токсичних парів і

130 ___________________________ 3. Безпека людини в різних сферах ж иттєдіяльності

газів у повітрі на робочих місцях. Розчиняючись у шкірному жирі та потових залозах, речовини можуть надходити у кров. До них належать легкорозчинні у воді і жирах вуглеводні, ароматичні аміни, бензол, анілін тощо. Ураження шкіри безумовно прискорює проникнення отруйних речовин в організм.

Особливу актуальність проблема гострих отруєнь отримала в останнє десятиріччя, коли у більшості цивілізованих країн світу склалася " токсична ситуація", пов'язана з накопиченням у навколишньому середовищі великої кількості хімічних речовин. Загальна кількість жертв гострих отруєнь значно перевищує число загиблих від дорожньо-транспортних пригод. За даними американських спеціалістів, до 80% загиблих при пожежах є жертвами не вогню, а токсичних продуктів горіння.