36. Барометрическое давление повышено
Редактор глав: ТДЖР Фрэнсис
Содержание
Работа в условиях повышенного барометрического давления
Эрик Киндволл
Дис Ф. Горман
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Инструкции для работников сжатого воздуха
2. Декомпрессионная болезнь: пересмотренная классификация
37. Барометрическое давление снижено
Редактор глав: Вальтер Дюммер
Вентиляционная акклиматизация к большой высоте
Джон Т. Ривз и Джон В. Вейл
Физиологические эффекты пониженного барометрического давления
Кеннет И. Бергер и Уильям Н. Ром
Медико-санитарные аспекты управления работой на больших высотах
Джон Б. Уэст
Профилактика профессиональных вредностей на больших высотах
Вальтер Дюммер
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи..
38. Биологические опасности
Редактор глав: Зухейр Ибрагим Фахри
Биологические опасности на рабочем месте
Зухейр И. Фахри
Водные животные
Д. Заннини
Наземные ядовитые животные
Дж. А. Риу и Б. Жюминер
Клинические признаки змеиного укуса
Дэвид А. Уоррелл
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Профессиональные условия с биологическими агентами
2. Вирусы, бактерии, грибки и растения на рабочем месте
3. Животные как источник профессиональных вредностей
39. Катастрофы природного и техногенного характера.
Редактор глав: Пьер Альберто Бертацци
Катастрофы и крупные аварии
Пьер Альберто Бертацци
Конвенция МОТ о предотвращении крупных промышленных аварий 1993 года (№ 174)
Готовность к стихийным бедствиям
Питер Дж. Бакстер
Деятельность после стихийного бедствия
Бенедетто Террачини и Урсула Аккерманн-Либрих
Проблемы, связанные с погодой
Жан Френч
Лавины: опасности и защитные меры
Густав Пойнстингль
Перевозка опасных материалов: химических и радиоактивных
Дональд М. Кэмпбелл
Радиационные аварии
Пьер Верже и Дени Винтер
Тематическое исследование: что означает доза?
Охрана труда и техника безопасности на сельскохозяйственных территориях, загрязненных радионуклидами: опыт Чернобыля
Юрий Кундиев, Леонард Добровольский и В.И. Чернюк
Пример из практики: Пожар на фабрике игрушек Kader
Кейси Кавано Грант
Последствия стихийных бедствий: уроки с медицинской точки зрения
Хосе Луис Себальос
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Определения типов бедствий
2. Среднее количество жертв в возрасте 25 лет по типу и региону — естественный триггер
3. Среднее количество жертв за 25 лет по типу и региону - неестественный триггер
4. Среднее количество жертв в возрасте 25 лет по типу естественного триггера (1969–1993)
5. Среднее количество жертв за 25 лет по типу - неестественный триггер (1969-1993)
6. Естественный триггер с 1969 по 1993 год: события за 25 лет
7. Неестественный триггер с 1969 по 1993 год: события за 25 лет
8. Естественный триггер: число по регионам и типам мира в 1994 г.
9. Неестественный триггер: число по регионам и типам мира в 1994 г.
10. Примеры промышленных взрывов
11. Примеры крупных пожаров
12. Примеры крупных токсичных выбросов
13. Роль управления опасными объектами в управлении опасностями
14. Методы работы по оценке опасности
15. Критерии директивы ЕС для установок повышенной опасности
16. Приоритетные химические вещества, используемые при выявлении объектов повышенной опасности
17. Профессиональные риски, связанные с погодой
18. Типичные радионуклиды с их радиоактивными периодами полураспада
19. Сравнение различных ядерных аварий
20. Загрязнение в Украине, Белоруссии и России после Чернобыля
21. Загрязнение стронцием-90 после Хиштымской аварии (Урал 1957 г.)
22. Радиоактивные источники, от которых пострадало население
23. Основные аварии с участием промышленных облучателей
24. Реестр радиационных аварий в Ок-Ридже (США) (по всему миру, 1944-88 гг.)
25. Характер профессионального воздействия ионизирующего излучения во всем мире
26. Детерминированные эффекты: пороги для выбранных органов
27. Больные с синдромом острого облучения (ОИС) после Чернобыля
28. Эпидемиологические исследования рака при высоких дозах внешнего облучения
29. Рак щитовидной железы у детей в Беларуси, Украине и России, 1981-94 гг.
30. Международный масштаб ядерных инцидентов
31. Общие защитные меры для населения в целом
32. Критерии зон загрязнения
33. Крупные катастрофы в Латинской Америке и Карибском бассейне, 1970–93 гг.
34. Потери из-за шести стихийных бедствий
35. Больницы и больничные койки повреждены/уничтожены в результате 3 крупных стихийных бедствий
36. Пострадавшие в двух больницах обрушились в результате землетрясения 2 года в Мексике.
37. Больничные койки потеряны в результате землетрясения в Чили в марте 1985 г.
38. Факторы риска повреждения инфраструктуры больницы землетрясением
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
Нажмите, чтобы вернуться к началу страницы
40. Электричество
Редактор глав: Доминик Фоллио
Электричество — физиологические эффекты
Доминик Фоллио
Статическое электричество
Клод Менги
Профилактика и стандарты
Ренцо Комини
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Оценки частоты поражений электрическим током-1988 г.
2. Основные соотношения в электростатике-Сборник уравнений
3. Электронное сродство выбранных полимеров
4. Типичные нижние пределы воспламеняемости
5. Конкретный сбор, связанный с отдельными промышленными операциями
6. Примеры оборудования, чувствительного к электростатическим разрядам
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
41. Огонь
Редактор глав: Кейси С. Грант
Основные понятия
Дугал Дрисдейл
Источники пожарной опасности
Тамаш Банки
Меры по предотвращению пожара
Питер Ф. Джонсон
Пассивные меры противопожарной защиты
Ингве Андерберг
Активные меры противопожарной защиты
Гари Тейлор
Организация противопожарной защиты
С. Дери
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Нижний и верхний пределы воспламеняемости на воздухе
2. Точки воспламенения и воспламенения жидкого и твердого топлива
3. Источники воспламенения
4. Сравнение концентраций различных газов, необходимых для инертизации
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
42. Жара и холод
Редактор глав: Жан-Жак Фогт
Физиологические реакции на тепловую среду
В. Ларри Кенни
Последствия теплового стресса и работы на жаре
Бодил Нильсен
Тепловые расстройства
Токуо Огава
Профилактика теплового стресса
Сара А. Наннели
Физические основы работы в тепле
Жак Мальшер
Оценка теплового стресса и индексов теплового стресса
Кеннет С. Парсонс
Практический пример: тепловые индексы: формулы и определения
Теплообмен через одежду
Воутер А. Лотенс
Холодная среда и холодная работа
Ингвар Хольмер, Пер-Ола Гранберг и Горан Дальстром
Профилактика холодового стресса в экстремальных условиях на открытом воздухе
Жак Биттель и Гюстав Савуре
Холодные индексы и стандарты
Ингвар Хольмер
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Концентрация электролитов в плазме крови и поте
2. Индекс теплового стресса и допустимое время воздействия: расчеты
3. Интерпретация значений индекса теплового стресса
4. Справочные значения для критериев термического напряжения и деформации
5. Модель с использованием частоты сердечных сокращений для оценки теплового стресса
6. Эталонные значения WBGT
7. Методы работы в жарких условиях
8. Расчет индекса SWreq и метод оценки: уравнения
9. Описание терминов, используемых в ISO 7933 (1989b)
10. Значения WBGT для четырех рабочих фаз
11. Основные данные для аналитической оценки с использованием ISO 7933
12. Аналитическая оценка с использованием ISO 7933
13. Температура воздуха различных холодных производственных сред
14. Продолжительность некомпенсированного холодового стресса и связанных с ним реакций
15. Указание на ожидаемые последствия легкого и сильного воздействия холода
16. Температура тканей тела и физическая работоспособность человека
17. Реакция человека на охлаждение: показательные реакции на гипотермию
18. Рекомендации по охране здоровья для персонала, подвергающегося холодовому стрессу
19. Программы кондиционирования для рабочих, подвергшихся воздействию холода
20. Профилактика и облегчение холодового стресса: стратегии
21. Стратегии и меры, связанные с конкретными факторами и оборудованием
22. Общие адаптационные механизмы к холоду
23. Количество дней, когда температура воды ниже 15 ºC
24. Температура воздуха различных холодных производственных сред
25. Схематическая классификация холодных работ
26. Классификация уровней скорости метаболизма
27. Примеры основных показателей изоляции одежды
28. Классификация термической стойкости к охлаждению одежды для рук
29. Классификация контактной термостойкости одежды ручной работы
30. Индекс холода ветром, температура и время замораживания открытой кожи
31. Охлаждающая сила ветра на обнаженной плоти
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
43. Часы работы
Редактор глав: Питер Кнаут
Часы работы
Питер Кнаут
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Промежутки времени от начала сменной работы до трех заболеваний
2. Сменная работа и частота сердечно-сосудистых заболеваний
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
44. Качество воздуха в помещении
Редактор глав: Ксавьер Гуардино Сола
Качество воздуха в помещении: введение
Ксавьер Гуардино Сола
Природа и источники химических загрязнителей помещений
Деррик Крамп
Радон
Мария Хосе Беренгер
Табачный дым
Дитрих Хоффманн и Эрнст Л. Виндер
Правила курения
Ксавьер Гуардино Сола
Измерение и оценка химических загрязнителей
М. Грасия Роселл Фаррас
Биологическое загрязнение
Брайан Флэнниган
Положения, рекомендации, руководства и стандарты
Мария Хосе Беренгер
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Классификация органических загрязнителей помещений
2. Эмиссия формальдегида из различных материалов
3. TTL. летучие органические соединения, настенные/напольные покрытия
4. Товары народного потребления и другие источники летучих органических соединений
5. Основные типы и концентрации в городах Соединенного Королевства
6. Полевые измерения оксидов азота и оксида углерода
7. Токсичные и канцерогенные агенты в побочном дыме сигарет
8. Токсические и канцерогенные агенты табачного дыма
9. Котинин в моче у некурящих
10. Методика отбора проб
11. Методы обнаружения газов в воздухе помещений
12. Методы, используемые для анализа химических загрязнителей
13. Нижние пределы обнаружения для некоторых газов
14. Типы грибков, которые могут вызывать ринит и/или астму
15. Микроорганизмы и внешний аллергический альвеолит
16. Микроорганизмы в воздухе и пыли непромышленных помещений
17. Стандарты качества воздуха, установленные Агентством по охране окружающей среды США.
18. Рекомендации ВОЗ по нераковым заболеваниям и раздражающим факторам, не вызывающим запаха
19. Рекомендуемые значения ВОЗ, основанные на сенсорных эффектах или раздражении
20. Референсные значения по радону трех организаций
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
45. Контроль окружающей среды в помещении
Редактор глав: Хуан Гуаш Фаррас
Контроль внутренней среды: общие принципы
А. Эрнандес Каллеха
Воздух в помещении: методы контроля и очистки
Э. Адан Лиебана и А. Эрнандес Кальеха
Цели и принципы общей и разрежающей вентиляции
Эмилио Кастехон
Вентиляционные критерии для непромышленных зданий
А. Эрнандес Каллеха
Системы отопления и кондиционирования
Ф. Рамос Перес и Х. Гуаш Фаррас
Воздух в помещении: ионизация
Э. Адан Лиебана и Х. Гуаш Фаррас
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Наиболее распространенные загрязнители помещений и их источники
2. Основные требования-рассеивающая система вентиляции
3. Меры контроля и их последствия
4. Корректировка рабочей среды и эффектов
5. Эффективность фильтров (стандарт ASHRAE 52-76)
6. Реагенты, используемые в качестве абсорбентов загрязнений
7. Уровни качества воздуха в помещении
8. Загрязнение из-за жильцов здания
9. Степень занятости различных зданий
10. Загрязнение из-за здания
11. Уровни качества наружного воздуха
12. Предлагаемые нормы факторов окружающей среды
13. Температуры теплового комфорта (по Фангеру)
14. Характеристики ионов
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
46. Осветительные приборы
Редактор глав: Хуан Гуаш Фаррас
Типы ламп и освещения
Ричард Форстер
Условия, необходимые для визуального
Фернандо Рамос Перес и Ана Эрнандес Каллеха
Общие условия освещения
Н. Алан Смит
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Улучшенная мощность и мощность некоторых люминесцентных ламп диаметром 1,500 мм.
2. Типичная эффективность лампы
3. Международная система кодирования ламп (ILCOS) для некоторых типов ламп
4. Общие цвета и формы ламп накаливания и коды ILCOS
5. Типы натриевых ламп высокого давления
6. Цветовые контрасты
7. Коэффициенты отражения различных цветов и материалов
8. Рекомендуемые уровни поддерживаемой освещенности для мест/задач
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
47. шум
Редактор глав: Элис Х. Сутер
Природа и эффекты шума
Элис Х. Сутер
Измерение шума и оценка воздействия
Эдуард Иванович Денисов и Герман А. Суворов
Инженерный контроль шума
Деннис П. Дрисколл
Программы сохранения слуха
Ларри Х. Ройстер и Джулия Досуэлл Ройстер
Стандарты и правила
Элис Х. Сутер
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Допустимые пределы воздействия шума (PEL) по странам
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
48. Радиация: ионизирующая
Редактор главы: Роберт Н. Черри-младший.
Введение
Роберт Н. Черри-младший
Радиационная биология и биологические эффекты
Артур С. Аптон
Источники ионизирующего излучения
Роберт Н. Черри-младший
Проектирование рабочего места для обеспечения радиационной безопасности
Гордон М. Лодде
Радиационная безопасность
Роберт Н. Черри-младший
Планирование радиационных аварий и управление ими
Сидней В. Портер-младший
49. Радиационное, неионизирующее
Редактор глав: Бенгт Валет
Электрические и магнитные поля и последствия для здоровья
Бенгт Валет
Электромагнитный спектр: основные физические характеристики
Кьелл Ханссон Мягкий
Ультрафиолетовое излучение
Дэвид Х. Слайни
Инфракрасное излучение
Р. Маттес
Свет и инфракрасное излучение
Дэвид Х. Слайни
Лазеры
Дэвид Х. Слайни
Радиочастотные поля и микроволны
Кьелл Ханссон Мягкий
Электрические и магнитные поля VLF и ELF
Майкл Х. Репачоли
Статические электрические и магнитные поля
Мартино Грандольфо
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Источники и воздействия ИК
2. Функция термической опасности сетчатки
3. Пределы воздействия для обычных лазеров
4. Применение оборудования, использующего диапазон от >0 до 30 кГц
5. Профессиональные источники воздействия магнитных полей
6. Воздействие токов, проходящих через тело человека
7. Биологические эффекты различных диапазонов плотности тока
8. Пределы воздействия на рабочем месте – электрические/магнитные поля
9. Исследования на животных, подвергшихся воздействию статических электрических полей
10. Основные технологии и большие статические магнитные поля
11. Рекомендации ICNIRP для статических магнитных полей
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
50. Вибрация
Редактор глав: Майкл Дж. Гриффин
вибрация
Майкл Дж. Гриффин
Вибрация всего тела
Гельмут Зайдель и Майкл Дж. Гриффин
Вибрация, передаваемая вручную
Массимо Бовенци
Морская болезнь
Алан Дж. Бенсон
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Действия с неблагоприятными последствиями вибрации всего тела
2. Меры профилактики вибрации всего тела
3. Воздействие вибрации, передаваемой через руки
4. Стадии, шкала Стокгольмской мастерской, вибрационный синдром кистей рук
5. Феномен Рейно и синдром вибрации кистей рук
6. Пороговые предельные значения вибрации, передаваемой через руки
7. Директива Совета Европейского Союза: вибрация, передаваемая через руки (1994 г.)
8. Значения вибрации для побледнения пальцев
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
51. насилие
Редактор глав: Леон Дж. Уоршоу
Насилие на рабочем месте
Леон Дж. Уоршоу
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Самый высокий уровень профессиональных убийств на рабочих местах в США, 1980–1989 гг.
2. Самый высокий уровень профессиональных убийств в США, 1980–1989 гг.
3. Факторы риска убийств на рабочем месте
4. Руководства по программам предотвращения насилия на рабочем месте
52. Визуальные дисплеи
Редактор глав: Дайан Бертелетт
Обзор
Дайан Бертелетт
Характеристики рабочих станций визуального отображения
Ахмет Чакир
Глазные и зрительные проблемы
Пол Рей и Жан-Жак Мейер
Опасности для репродуктивной системы — экспериментальные данные
Ульф Бергквист
Репродуктивные эффекты - человеческие данные
Клэр Инфанте-Ривард
Тематическое исследование: резюме исследований репродуктивных результатов
Заболевания опорно-двигательного аппарата
Габриэле Баммер
Проблемы с кожей
Матс Берг и Стуре Лиден
Психосоциальные аспекты работы с УВО
Майкл Дж. Смит и Паскаль Карайон
Эргономические аспекты взаимодействия человека с компьютером
Жан-Марк Робер
Стандарты эргономики
Том FM Стюарт
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Распространение компьютеров в различных регионах
2. Частота и важность элементов оборудования
3. Распространенность глазных симптомов
4. Тератологические исследования на крысах или мышах
5. Тератологические исследования на крысах или мышах
6. Использование УВО как фактор неблагоприятных исходов беременности
7. Анализы для изучения причин опорно-двигательного аппарата
8. Факторы, вызывающие проблемы с опорно-двигательным аппаратом
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
Что касается отопления, потребности данного человека будут зависеть от многих факторов. Их можно разделить на две основные группы: связанные с окружающей средой и связанные с человеческим фактором. К факторам, связанным с окружающей средой, можно отнести географию (широту и высоту), климат, характер воздействия пространства, в котором находится человек, или барьеры, защищающие пространство от внешней среды, и т. д. К человеческим факторам относятся потребление энергии работником, темп работы или количество усилий, необходимых для работы, одежда или предметы одежды, используемые против холода, а также личные предпочтения или вкусы.
Потребность в отоплении носит сезонный характер во многих регионах, но это не означает, что в холодное время года отопление не требуется. Холодные условия окружающей среды влияют на здоровье, умственную и физическую работоспособность, точность и иногда могут увеличить риск несчастных случаев. Целью системы отопления является поддержание приятных тепловых условий, которые предотвратят или сведут к минимуму неблагоприятные последствия для здоровья.
Физиологические особенности человеческого организма позволяют ему выдерживать большие колебания температурных условий. Люди поддерживают свой тепловой баланс через гипоталамус с помощью тепловых рецепторов в коже; температура тела держится между 36 и 38°C, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Механизмы терморегуляции у человека
Системы отопления должны иметь очень точные механизмы управления, особенно в тех случаях, когда рабочие выполняют свои задачи сидя или в фиксированном положении, которое не стимулирует кровообращение в конечностях. Там, где выполняемая работа допускает определенную мобильность, управление системой может быть несколько менее точным. Наконец, если работа выполняется в аномально неблагоприятных условиях, например, в холодильных камерах или в очень холодных климатических условиях, могут быть предприняты вспомогательные меры для защиты специальных тканей, регулирования времени нахождения в этих условиях или подачи тепла с помощью встроенных электрических систем. в рабочую одежду.
Определение и описание тепловой среды
Требование, которое может быть предъявлено к любой правильно функционирующей системе отопления или кондиционирования воздуха, заключается в том, что она должна позволять контролировать переменные, определяющие тепловую среду, в определенных пределах для каждого сезона года. Эти переменные
Было показано, что существует очень простая связь между температурой воздуха и поверхностей стен данного помещения и температурами, которые обеспечивают такое же воспринимаемое тепловое ощущение в другой комнате. Это отношение может быть выражено как
в котором
Tесть = эквивалентная температура воздуха для данного теплового ощущения
TDBT = температура воздуха, измеренная термометром с сухим термометром
Tфилиал = измеренная средняя температура поверхности стен.
Например, если в данном помещении воздух и стены имеют температуру 20°С, эквивалентная температура будет равна 20°С, а воспринимаемое ощущение тепла будет таким же, как в помещении, где средняя температура стен составляет 15°С. 25°C, а температура воздуха XNUMX°C, потому что в этой комнате будет такая же эквивалентная температура. С точки зрения температуры воспринимаемое ощущение теплового комфорта будет таким же.
Свойства влажного воздуха
При реализации плана кондиционирования воздуха необходимо учитывать три вещи: термодинамическое состояние воздуха в данном помещении, воздуха снаружи и воздуха, который будет подаваться в помещение. Выбор системы, способной преобразовывать термодинамические свойства воздуха, подаваемого в помещение, будет основываться на существующих тепловых нагрузках каждого компонента. Поэтому нам необходимо знать термодинамические свойства влажного воздуха. Они следующие:
TDBT = показание температуры сухого термометра, измеренное термометром, изолированным от излучаемого тепла
TЦСТ = показание температуры точки росы. Это температура, при которой ненасыщенный сухой воздух достигает точки насыщения.
W = отношение влажности, которое колеблется от нуля для сухого воздуха до Ws для насыщенного воздуха. Выражается в кг водяного пара на кг сухого воздуха.
RH = относительная влажность
t* = термодинамическая температура с влажным термометром
v = удельный объем воздуха и водяного пара (выраженный в единицах м3/кг). Это обратная плотность
H = энтальпия, ккал/кг сухого воздуха и связанного с ним водяного пара.
Из перечисленных выше переменных только три поддаются непосредственному измерению. Это показания температуры сухого термометра, показания температуры точки росы и относительной влажности. Существует четвертая переменная, которая поддается экспериментальному измерению и определяется как температура смоченного термометра. Температура влажного термометра измеряется с помощью смоченного термометра, который перемещается, как правило, с помощью ремня, через ненасыщенный влажный воздух с умеренной скоростью. Эта переменная на незначительную величину отличается от термодинамической температуры по сухому термометру (3%), поэтому их обе можно использовать для расчетов, не слишком ошибаясь.
Психрометрическая диаграмма
Свойства, определенные в предыдущем разделе, функционально связаны и могут быть представлены в графической форме. Это графическое изображение называется психрометрической диаграммой. Это упрощенный график, полученный из таблиц Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). Энтальпия и степень влажности указаны в координатах диаграммы; нарисованные линии показывают сухую и влажную температуры, относительную влажность и удельный объем. С психрометрической диаграммой знание любых двух из вышеупомянутых переменных позволяет вам получить все свойства влажного воздуха.
Условия теплового комфорта
Тепловой комфорт определяется как состояние ума, выражающее удовлетворение тепловой средой. На него влияют физические и физиологические факторы.
Трудно предписать общие условия, которые должны соблюдаться для обеспечения теплового комфорта, поскольку условия различаются в различных рабочих ситуациях; разные условия могут даже требоваться для одного и того же рабочего места, когда оно занято разными людьми. Техническая норма тепловых условий, необходимых для комфорта, не может быть применима ко всем странам из-за различных климатических условий и различных обычаев, регулирующих одежду.
Были проведены исследования с рабочими, выполняющими легкий ручной труд, и был установлен ряд критериев температуры, скорости и влажности, которые показаны в таблице 1 (Бедфорд и Чренко, 1974).
Таблица 1. Предлагаемые нормы факторов окружающей среды
Экологический фактор |
Предлагаемая норма |
Температура воздуха |
21 ° C |
Средняя лучистая температура |
≥ 21 °С |
Относительная влажность |
30-70% |
Скорость воздушного потока |
0.05–0.1 м/с |
Температурный градиент (от головы к ногам) |
≤ 2.5 ° C |
Вышеуказанные факторы взаимосвязаны, требуя более низкой температуры воздуха в случаях, когда имеется высокое тепловое излучение, и требуя более высокой температуры воздуха, когда скорость воздушного потока также выше.
Как правило, исправления, которые должны быть выполнены, следующие:
Температура воздуха должна быть повышена:
Температура воздуха должна быть снижена:
Для хорошего ощущения теплового комфорта наиболее желательна ситуация, когда температура окружающей среды несколько выше температуры воздуха, а поток излучаемой тепловой энергии одинаков во всех направлениях и не является чрезмерным над головой. Повышение температуры по высоте должно быть сведено к минимуму, сохраняя ноги в тепле, не создавая слишком большой тепловой нагрузки на голову. Важным фактором, влияющим на ощущение теплового комфорта, является скорость воздушного потока. Существуют диаграммы, на которых дана рекомендуемая скорость воздуха в зависимости от выполняемой деятельности и типа используемой одежды (рис. 2).
Рис. 2. Зоны комфорта по показаниям общей температуры и скорости воздушных потоков
В некоторых странах существуют нормы минимальных температур окружающей среды, но оптимальные значения пока не установлены. Как правило, максимальное значение температуры воздуха составляет 20°C. С недавними техническими усовершенствованиями сложность измерения теплового комфорта увеличилась. Появилось множество индексов, в том числе индекс эффективной температуры (ЭТ) и индекс эффективной температуры с поправкой (СЕТ); индекс калорийной перегрузки; индекс теплового стресса (HSI); температура по влажному термометру (WBGT); и индекс медианных значений Фангера (IMV), среди прочего. Индекс WBGT позволяет определить интервалы отдыха, необходимые в зависимости от интенсивности выполняемой работы, чтобы исключить термическое напряжение в условиях труда. Более подробно это обсуждается в главе Жара и холод.
Зона теплового комфорта на психрометрической диаграмме
Диапазон на психрометрической диаграмме, соответствующий условиям, при которых взрослый воспринимает тепловой комфорт, был тщательно изучен и определен в норме ASHRAE на основе эффективной температуры, определяемой как температура, измеренная термометром с сухим шариком в однородном помещении при температуре 50°С. процент относительной влажности, при котором люди будут иметь такой же обмен тепла лучистой энергией, конвекцией и испарением, как и при уровне влажности в данной локальной среде. Шкала эффективной температуры определена ASHRAE для уровня одежды 0.6 кло — единица теплоизоляции; 1 кло соответствует теплоизоляции, обеспечиваемой обычным комплектом одежды, что предполагает уровень теплоизоляции 0.155 К·м.2W-1, где K — теплообмен теплопроводностью, измеренный в ваттах на квадратный метр (Вт·м-2) для движения воздуха 0.2 мс-1 (в покое), для воздействия в течение одного часа при выбранной сидячей активности 1 мет (единица скорости метаболизма = 50 ккал/м2час). Эта зона комфорта показана на рис. 2 и может использоваться для тепловых сред, где температура, измеренная лучистым теплом, примерно такая же, как температура, измеренная термометром с сухим термометром, и где скорость воздушного потока ниже 0.2 мс.-1 для людей, одетых в легкую одежду и ведущих малоподвижный образ жизни.
Формула комфорта: метод Фангера
Метод, разработанный П. О. Фангером, основан на формуле, связывающей переменные температуры окружающей среды, средней лучистой температуры, относительной скорости воздушного потока, давления водяного пара в окружающем воздухе, уровня активности и термического сопротивления надетой одежды. Пример, полученный из формулы комфорта, показан в таблице 2, которую можно использовать в практических приложениях для получения комфортной температуры в зависимости от надетой одежды, скорости метаболизма выполняемой деятельности и скорости воздушного потока.
Таблица 2. Температуры теплового комфорта (°С) при относительной влажности 50 % (по формуле П. О. Фангера)
Метаболизм (Ватт) |
105 |
|||
Температура излучения |
CLO |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
30.5 |
29.0 |
27.0 |
|
1.5 |
30.6 |
29.5 |
28.3 |
|
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
26.7 |
24.3 |
22.7 |
|
1.5 |
27.0 |
25.7 |
24.5 |
|
Метаболизм (Ватт) |
157 |
|||
Температура излучения |
CLO |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
23.0 |
20.7 |
18.3 |
|
1.5 |
23.5 |
23.3 |
22.0 |
|
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
16.0 |
14.0 |
11.5 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
15.7 |
|
Метаболизм (Ватт) |
210 |
|||
Температура излучения |
CLO |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
15.0 |
13.0 |
7.4 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
16.0 |
|
Одежда (кло) |
|
|
|
|
0.5 |
-1.5 |
-3.0 |
/ |
|
1.5 |
-5.0 |
2.0 |
1.0 |
Системы отопления
Проектирование любой системы отопления должно быть напрямую связано с выполняемыми работами и характеристиками здания, в котором она будет установлена. В случае промышленных зданий трудно найти проекты, в которых учитываются потребности рабочих в отоплении, часто потому, что процессы и рабочие места еще не определены. Обычно системы проектируются с очень широким диапазоном, принимая во внимание только тепловые нагрузки, которые будут существовать в здании, и количество тепла, которое необходимо подавать для поддержания заданной температуры внутри здания, без учета распределения тепла, положения рабочих мест. и другие аналогичные менее общие факторы. Это приводит к недостаткам в конструкции некоторых зданий, которые выражаются в недостатках, таких как холодные точки, сквозняки, недостаточное количество нагревательных элементов и другие проблемы.
Чтобы в конечном итоге иметь хорошую систему отопления при планировании здания, необходимо учесть следующие моменты:
При отоплении горелками без дымоходов особое внимание следует уделить вдыханию продуктов сгорания. Обычно, когда горючими материалами являются печное топливо, газ или кокс, они выделяют двуокись серы, оксиды азота, окись углерода и другие продукты сгорания. Существуют пределы воздействия этих соединений на человека, и их следует контролировать, особенно в закрытых помещениях, где концентрация этих газов может быстро увеличиваться, а эффективность реакции горения может снижаться.
Планирование системы отопления всегда предполагает балансировку различных соображений, таких как низкая начальная стоимость, гибкость обслуживания, энергоэффективность и применимость. Таким образом, использование электроэнергии в непиковые часы, когда она может быть дешевле, например, может сделать электрические обогреватели рентабельными. Еще одним вариантом является использование химических систем для аккумулирования тепла, которые затем можно использовать во время пикового спроса (например, с использованием сульфида натрия). Также можно изучить размещение нескольких различных систем вместе, заставив их работать таким образом, чтобы можно было оптимизировать затраты.
Особенно интересна установка обогревателей, которые могут работать на газе или мазуте. Прямое использование электроэнергии означает потребление первоклассной энергии, которая во многих случаях может оказаться дорогостоящей, но при определенных обстоятельствах может обеспечить необходимую гибкость. Тепловые насосы и другие когенерационные системы, использующие остаточное тепло, могут предложить решения, которые могут быть очень выгодными с финансовой точки зрения. Проблема с этими системами заключается в их высокой начальной стоимости.
Сегодня тенденция систем отопления и кондиционирования воздуха направлена на обеспечение оптимального функционирования и энергосбережения. Таким образом, новые системы включают в себя датчики и элементы управления, распределенные по отапливаемым помещениям, обеспечивающие подачу тепла только в течение времени, необходимого для обеспечения теплового комфорта. Эти системы позволяют экономить до 30% энергозатрат на отопление. На рис. 3 показаны некоторые из имеющихся систем отопления с указанием их положительных характеристик и недостатков.
Рисунок 3. Характеристики наиболее распространенных систем отопления, используемых на стройплощадках.
Системы кондиционирования
Опыт показывает, что производственная среда, близкая к зоне комфорта в летние месяцы, повышает производительность, регистрирует меньше несчастных случаев, снижает количество прогулов и в целом способствует улучшению человеческих отношений. В случае предприятий розничной торговли, больниц и зданий с большими площадями кондиционирование воздуха обычно должно быть направлено на обеспечение теплового комфорта, когда этого требуют внешние условия.
В некоторых промышленных условиях, где внешние условия очень суровые, цель систем отопления больше направлена на обеспечение достаточного количества тепла для предотвращения возможных неблагоприятных последствий для здоровья, чем на обеспечение достаточного количества тепла для комфортной тепловой среды. Факторами, за которыми следует тщательно следить, являются техническое обслуживание и правильное использование оборудования для кондиционирования воздуха, особенно если оно оснащено увлажнителями, поскольку они могут стать источниками микробного загрязнения с риском, который эти загрязняющие вещества могут представлять для здоровья человека.
Сегодня системы вентиляции и климат-контроля, как правило, совместно и часто с использованием одной и той же установки покрывают потребности в отоплении, охлаждении и кондиционировании воздуха в здании. Для холодильных систем может использоваться несколько классификаций.
В зависимости от конфигурации системы их можно классифицировать следующим образом:
В зависимости от охвата, который они обеспечивают, их можно классифицировать следующим образом:
Проблемы, которые чаще всего возникают в этих типах систем, включают избыточный нагрев или охлаждение, если система не приспособлена к изменениям тепловых нагрузок, или отсутствие вентиляции, если система не вводит минимальное количество наружного воздуха для обновления циркулирующего воздуха. воздух в помещении. Это создает несвежую внутреннюю среду, в которой ухудшается качество воздуха.
Основными элементами всех систем кондиционирования являются (см. также рис. 4):
Рисунок 4. Упрощенная схема системы кондиционирования воздуха
Ионизация является одним из методов, используемых для удаления твердых частиц из воздуха. Ионы действуют как ядра конденсации для мелких частиц, которые, слипаясь, растут и выпадают в осадок.
Концентрация ионов в закрытых помещениях, как правило, и при отсутствии дополнительных источников ионов ниже, чем в открытых помещениях. Отсюда убеждение, что увеличение концентрации отрицательных ионов в воздухе помещений улучшает качество воздуха.
В некоторых исследованиях, основанных на эпидемиологических данных и запланированных экспериментальных исследованиях, утверждается, что увеличение концентрации отрицательных ионов в рабочей среде приводит к повышению работоспособности и улучшению настроения сотрудников, а положительные ионы оказывают неблагоприятное воздействие. Однако параллельные исследования показывают, что имеющиеся данные о влиянии отрицательной ионизации на производительность труда непоследовательны и противоречивы. Поэтому, кажется, еще нельзя однозначно утверждать, что генерация отрицательных ионов действительно полезна.
Естественная ионизация
Отдельные молекулы газа в атмосфере могут ионизироваться отрицательно, приобретая или положительно теряя электрон. Чтобы это произошло, данная молекула должна сначала получить достаточную энергию, обычно называемую энергия ионизации этой конкретной молекулы. В природе встречается множество источников энергии как космического, так и земного происхождения, способных вызвать это явление: радиационный фон в атмосфере; электромагнитные солнечные волны (особенно ультрафиолетовые), космические лучи, распыление жидкостей, например брызги, вызванные водопадами, движение больших масс воздуха над земной поверхностью, электрические явления, такие как молнии и бури, процесс горения и радиоактивных веществ .
Электрические конфигурации ионов, которые образуются таким образом, хотя и не полностью известны, по-видимому, включают ионы карбонизации и H+, H3O+,+, N+ОН–, H2O– И O2–. Эти ионизированные молекулы могут агрегировать за счет адсорбции на взвешенных частицах (туман, кремнезем и другие загрязняющие вещества). Ионы классифицируются в зависимости от их размера и подвижности. Последняя определяется как скорость в электрическом поле, выраженная в таких единицах, как сантиметры в секунду, через напряжение на сантиметр (см/с/В/см), или, более компактно,
Атмосферные ионы имеют тенденцию исчезать в результате рекомбинации. Их период полураспада зависит от их размера и обратно пропорционален их подвижности. Отрицательные ионы статистически меньше, и их период полураспада составляет несколько минут, в то время как положительные ионы больше, и их период полураспада составляет около получаса. пространственный заряд является отношением концентрации положительных ионов к концентрации отрицательных ионов. Значение этого отношения больше единицы и зависит от таких факторов, как климат, местоположение и время года. В жилых помещениях этот коэффициент может иметь значения меньше единицы. Характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики ионов заданных подвижностей и диаметра
Подвижность (см2/Против) |
Диаметр (мм) |
Характеристики |
3.0-0.1 |
0.001-0.003 |
Маленький, высокая мобильность, короткий срок службы |
0.1-0.005 |
0.003-0.03 |
Промежуточный, медленнее, чем маленькие ионы |
0.005-0.002 |
> 0.03 |
Медленные ионы, агрегаты на твердых частицах |
Искусственная ионизация
Деятельность человека изменяет естественную ионизацию воздуха. Искусственная ионизация может быть вызвана промышленными и ядерными процессами и пожарами. Твердые частицы, взвешенные в воздухе, способствуют образованию ионов Ланжевена (ионов, агрегированных на твердых частицах). Электрические радиаторы значительно увеличивают концентрацию положительных ионов. Кондиционеры также увеличивают объемный заряд воздуха в помещении.
На рабочих местах имеется оборудование, производящее положительные и отрицательные ионы одновременно, как и в случае машин, являющихся важными локальными источниками механической энергии (прессы, прядильные и ткацкие станки), электрической энергии (двигатели, электронные принтеры, копировальные аппараты, высоковольтные линии и установки). ), электромагнитной энергии (электронно-лучевые экраны, телевизоры, компьютерные мониторы) или радиоактивной энергии (терапия кобальтом-42). Эти виды оборудования создают среду с более высокой концентрацией положительных ионов из-за более высокого периода полураспада последних по сравнению с отрицательными ионами.
Концентрация ионов в окружающей среде
Концентрации ионов варьируются в зависимости от условий окружающей среды и метеорологических условий. В районах с небольшим загрязнением, например в лесах и горах, или на больших высотах концентрация малых ионов возрастает; в районах, близких к радиоактивным источникам, водопадам или речным порогам, концентрации могут достигать тысяч малых ионов на кубический сантиметр. С другой стороны, вблизи моря и при высоком уровне влажности наблюдается избыток крупных ионов. В целом средняя концентрация отрицательных и положительных ионов в чистом воздухе составляет 500 и 600 ионов на кубический сантиметр соответственно.
Некоторые ветры могут нести большие концентрации положительных ионов — Фён в Швейцарии, Санта-Ана в Соединенных Штатах, Сирокко в Северной Африке, Чинук в Скалистых горах и Шарав на Ближнем Востоке.
На рабочих местах, где отсутствуют значительные ионизирующие факторы, часто происходит скопление крупных ионов. Особенно это актуально, например, в герметичных местах и в шахтах. Концентрация отрицательных ионов значительно снижается во внутренних помещениях, а также в загрязненных или запыленных помещениях. Существует множество причин, по которым концентрация отрицательных ионов также снижается в помещениях с системами кондиционирования воздуха. Одна из причин заключается в том, что отрицательные ионы остаются в воздуховодах и воздушных фильтрах или притягиваются к положительно заряженным поверхностям. Электронно-лучевые экраны и компьютерные мониторы, например, заряжаются положительно, создавая в непосредственной близости от них микроклимат, бедный отрицательными ионами. Системы фильтрации воздуха, предназначенные для «чистых помещений», которые требуют, чтобы уровни загрязнения твердыми частицами поддерживались на очень низком минимуме, по-видимому, также устраняют отрицательные ионы.
С другой стороны, избыток влаги приводит к конденсации ионов, а ее недостаток создает сухую среду с большим количеством электростатических зарядов. Эти электростатические заряды накапливаются в пластиковых и синтетических волокнах как в помещении, так и на людях.
Генераторы ионов
Генераторы ионизируют воздух, вырабатывая большое количество энергии. Эта энергия может исходить от источника альфа-излучения (такого как тритий) или от источника электричества при приложении высокого напряжения к остроконечному электроду. Радиоактивные источники запрещены в большинстве стран из-за второстепенных проблем радиоактивности.
Электрогенераторы сделаны из заостренного электрода, окруженного короной; на электрод подается отрицательное напряжение в тысячи вольт, а коронка заземляется. Отрицательные ионы выбрасываются, а положительные ионы притягиваются к генератору. Количество генерируемых отрицательных ионов увеличивается пропорционально приложенному напряжению и количеству электродов, которые он содержит. Генераторы с большим количеством электродов и более низким напряжением безопаснее, потому что при напряжении выше 8,000–10,000 XNUMX вольт генератор будет производить не только ионы, но также озон и некоторые оксиды азота. Распространение ионов достигается за счет электростатического отталкивания.
Миграция ионов будет зависеть от выравнивания магнитного поля, генерируемого между точкой выброса и окружающими ее объектами. Концентрация ионов, окружающих генераторы, неоднородна и значительно уменьшается по мере удаления от них. Вентиляторы, установленные в этом оборудовании, увеличат зону рассеивания ионов. Важно помнить, что активные элементы генераторов необходимо периодически чистить, чтобы обеспечить их правильную работу.
Генераторы также могут быть основаны на распылении воды, на термоэлектрических эффектах или на ультрафиолетовых лучах. Существует множество различных типов и размеров генераторов. Они могут быть установлены на потолках и стенах или могут быть размещены в любом месте, если они небольшие, переносные.
Измерение ионов
Иономерные устройства изготавливаются путем размещения двух проводящих пластин на расстоянии 0.75 см друг от друга и подачи переменного напряжения. Собранные ионы измеряют пикоамперметром и регистрируют силу тока. Переменные напряжения позволяют измерять концентрации ионов с различной подвижностью. Концентрация ионов (N) рассчитывается исходя из силы генерируемого электрического тока по следующей формуле:
в котором I сила тока в амперах, V это скорость воздушного потока, q - заряд одновалентного иона (1.6x10-19) в кулонах и A - эффективная площадь коллекторных пластин. Предполагается, что все ионы имеют один заряд и все они удерживаются в коллекторе. Следует иметь в виду, что этот метод имеет свои ограничения из-за фонового тока и влияния других факторов, таких как влажность и поля статического электричества.
Воздействие ионов на организм
Предполагается, что малые отрицательные ионы обладают наибольшим биологическим эффектом из-за их большей подвижности. Высокие концентрации отрицательных ионов могут убивать или блокировать рост микроскопических патогенов, но никаких побочных эффектов на человека описано не было.
Некоторые исследования показывают, что воздействие высоких концентраций отрицательных ионов вызывает у некоторых людей биохимические и физиологические изменения, которые оказывают расслабляющее действие, снижают напряжение и головные боли, улучшают бдительность и сокращают время реакции. Эти эффекты могут быть связаны с подавлением выработки нервного гормона серотонина (5-НТ) и гистамина в среде, насыщенной отрицательными ионами; эти факторы могут повлиять на гиперчувствительный сегмент населения. Однако другие исследования приходят к другим выводам о влиянии отрицательных ионов на организм. Таким образом, преимущества отрицательной ионизации все еще открыты для обсуждения, и необходимы дальнейшие исследования, прежде чем вопрос будет решен.
Лампа - преобразователь энергии. Хотя он может выполнять второстепенные функции, его основной целью является преобразование электрической энергии в видимое электромагнитное излучение. Есть много способов создать свет. Стандартным методом создания общего освещения является преобразование электрической энергии в свет.
Типы света
накаливание
При нагревании твердых тел и жидкостей они испускают видимое излучение при температуре выше 1,000 К; это известно как накал.
Такой нагрев лежит в основе генерации света в лампах накаливания: электрический ток проходит по тонкой вольфрамовой проволоке, температура которой повышается примерно до 2,500—3,200 К в зависимости от типа лампы и области ее применения.
У этого метода есть ограничение, которое описывается законом Планка для работы излучателя черного тела, согласно которому спектральное распределение излучаемой энергии увеличивается с температурой. При температуре около 3,600 К и выше наблюдается заметное усиление эмиссии видимого излучения, а длина волны максимальной мощности смещается в видимый диапазон. Эта температура близка к температуре плавления вольфрама, который используется для нити накала, поэтому практический температурный предел составляет около 2,700 К, выше которого испарение нити становится чрезмерным. Одним из результатов этих спектральных сдвигов является то, что большая часть испускаемого излучения выделяется не в виде света, а в виде тепла в инфракрасной области. Таким образом, лампы накаливания могут быть эффективными нагревательными устройствами и используются в лампах, предназначенных для сушки печати, приготовления пищи и содержания животных.
Электрический разряд
Электрический разряд - это метод, используемый в современных источниках света для торговли и промышленности из-за более эффективного производства света. Некоторые типы ламп сочетают электрический разряд с фотолюминесценцией.
Электрический ток, проходящий через газ, возбуждает атомы и молекулы, излучая излучение спектра, характерного для присутствующих элементов. Обычно используются два металла, натрий и ртуть, потому что их характеристики дают полезное излучение в видимом спектре. Ни один из металлов не излучает непрерывный спектр, а газоразрядные лампы имеют селективный спектр. Их цветопередача никогда не будет идентична непрерывным спектрам. Газоразрядные лампы часто классифицируют как лампы высокого или низкого давления, хотя эти термины являются относительными, а натриевая лампа высокого давления работает при температуре ниже одной атмосферы.
Типы люминесценции
Фотолюминесценция возникает, когда излучение поглощается твердым телом, а затем переизлучается с другой длиной волны. Когда переизлучаемое излучение находится в пределах видимого спектра, этот процесс называется флуоресценция or фосфоресценция.
Электролюминесценция возникает, когда свет генерируется электрическим током, проходящим через определенные твердые тела, такие как люминофоры. Он используется для самосветящихся вывесок и приборных панелей, но не зарекомендовал себя как практичный источник света для освещения зданий или экстерьеров.
Эволюция электрических ламп
Хотя технический прогресс позволил производить различные лампы, основными факторами, повлиявшими на их развитие, были внешние рыночные силы. Например, производство ламп накаливания, использовавшихся в начале этого века, стало возможным только после появления хороших вакуумных насосов и волочения вольфрамовой проволоки. Однако именно крупномасштабное производство и распределение электроэнергии для удовлетворения спроса на электрическое освещение определило рост рынка. Электрическое освещение давало много преимуществ по сравнению с освещением, вырабатываемым газом или маслом, например, постоянный свет, требующий нечастого обслуживания, а также повышенная безопасность за счет отсутствия открытого пламени и местных побочных продуктов сгорания.
В период восстановления после Второй мировой войны упор делался на производительность. Люминесцентная трубчатая лампа стала доминирующим источником света, потому что она сделала возможным бестеневое и сравнительно нетепловое освещение заводов и офисов, позволяя максимально использовать пространство. Требования к светоотдаче и мощности для типичной люминесцентной трубчатой лампы диаметром 1,500 мм приведены в таблице 1.
Таблица 1. Улучшенные требования к светоотдаче и мощности некоторых типичных люминесцентных ламп диаметром 1,500 мм
Рейтинг (Вт) |
Диаметр (мм) |
Газовое наполнение |
Световой поток (люмен) |
80 |
38 |
аргон |
4,800 |
65 |
38 |
аргон |
4,900 |
58 |
25 |
криптон |
5,100 |
50 |
25 |
аргон |
5,100 |
К 1970-м годам цены на нефть выросли, и затраты на энергию стали значительной частью эксплуатационных расходов. Люминесцентные лампы, дающие такое же количество света при меньшем потреблении электроэнергии, были востребованы рынком. Конструкция лампы была усовершенствована несколькими способами. С приближением века растет осознание глобальных экологических проблем. Более эффективное использование сокращающегося сырья, переработка или безопасная утилизация продуктов, а также постоянная озабоченность по поводу потребления энергии (особенно энергии, вырабатываемой из ископаемого топлива) влияют на современные конструкции ламп.
Критерий производительности
Критерии производительности зависят от приложения. В целом особой иерархии важности этих критериев не существует.
Световой поток: Световой поток лампы определяет ее соответствие размеру установки и требуемому количеству освещения.
Внешний вид и цветопередача: Отдельные шкалы и числовые значения применяются к внешнему виду цвета и цветопередаче. Важно помнить, что цифры служат только ориентиром, а некоторые из них являются приблизительными. Когда это возможно, оценку пригодности следует проводить с реальными лампами и с цветами или материалами, применимыми к ситуации.
Срок службы лампы: Большинство ламп потребуют замены несколько раз в течение срока службы осветительной установки, и проектировщики должны свести к минимуму неудобства для жильцов, связанные со случайными отказами и техническим обслуживанием. Лампы используются в самых разных сферах. Ожидаемый средний срок службы часто представляет собой компромисс между стоимостью и производительностью. Например, срок службы лампы для слайд-проектора составляет несколько сотен часов, потому что максимальный световой поток важен для качества изображения. Напротив, некоторые лампы дорожного освещения можно менять каждые два года, что составляет около 8,000 часов горения.
Кроме того, на срок службы лампы влияют условия эксплуатации, поэтому не существует простой цифры, применимой во всех условиях. Кроме того, эффективный срок службы лампы может определяться различными режимами отказа. Физическому отказу, такому как разрыв нити накала или лампы, может предшествовать снижение светоотдачи или изменение цвета. На срок службы лампы влияют внешние условия окружающей среды, такие как температура, вибрация, частота включения, колебания напряжения питания, ориентация и т. д.
Следует отметить, что средний срок службы, указанный для типа лампы, представляет собой время до 50 % отказов от партии испытательных ламп. Это определение срока службы вряд ли применимо ко многим коммерческим или промышленным установкам; таким образом, практический срок службы лампы обычно меньше опубликованных значений, которые следует использовать только для сравнения.
Эффективность: Как правило, эффективность лампы данного типа повышается по мере увеличения номинальной мощности, потому что большинство ламп имеют фиксированные потери. Однако разные типы ламп имеют заметные различия в эффективности. Должны использоваться лампы с наивысшей эффективностью при условии соблюдения критериев размера, цвета и срока службы. Экономия энергии не должна происходить за счет визуального комфорта или производительности жильцов. Некоторые типичные эффективности приведены в таблице 2.
Таблица 2. Типичная эффективность лампы
Эффективность лампы |
|
Лампа накаливания 100 Вт |
14 люмен/ватт |
Люминесцентная лампа 58 Вт |
89 люмен/ватт |
400 Вт натрий высокого давления |
125 люмен/ватт |
131 Вт натрий низкого давления |
198 люмен/ватт |
Типы основных ламп
За прошедшие годы было разработано несколько номенклатурных систем по национальным и международным стандартам и реестрам.
В 1993 году Международная электротехническая комиссия (МЭК) опубликовала новую Международную систему кодирования ламп (ILCOS), призванную заменить существующие национальные и региональные системы кодирования. Список некоторых кратких кодов ILCOS для различных ламп приведен в таблице 3.
Таблица 3. Система краткого кодирования Международной системы кодирования ламп (ILCOS) для некоторых типов ламп
Тип (код) |
Общие номиналы (ватты) |
Цветопередача |
Цветовая температура (К) |
Жизнь (часы) |
Компактные люминесцентные лампы (ФС) |
5-55 |
хорошо |
2,700-5,000 |
5,000-10,000 |
Ртутные лампы высокого давления (QE) |
80-750 |
ярмарка |
3,300-3,800 |
20,000 |
Натриевые лампы высокого давления (S-) |
50-1,000 |
от бедного к хорошему |
2,000-2,500 |
6,000-24,000 |
Лампы накаливания (I) |
5-500 |
хорошо |
2,700 |
1,000-3,000 |
Индукционные лампы (XF) |
23-85 |
хорошо |
3,000-4,000 |
10,000-60,000 |
Натриевые лампы низкого давления (ЛС) |
26-180 |
однотонный желтый цвет |
1,800 |
16,000 |
Низковольтные вольфрамовые галогенные лампы (ГЛ) |
12-100 |
хорошо |
3,000 |
2,000-5,000 |
Металлогалогенные лампы (М-) |
35-2,000 |
от хорошего до отличного |
3,000-5,000 |
6,000-20,000 |
Трубчатые люминесцентные лампы (ЛД) |
4-100 |
от честного до хорошего |
2,700-6,500 |
10,000-15,000 |
Вольфрамовые галогенные лампы (HS) |
100-2,000 |
хорошо |
3,000 |
2,000-4,000 |
Лампы накаливания
В этих лампах используется вольфрамовая нить накала в инертном газе или вакууме со стеклянной оболочкой. Инертный газ подавляет испарение вольфрама и уменьшает почернение оболочки. Существует большое разнообразие форм ламп, которые имеют в основном декоративный вид. Конструкция типичной лампы General Lighting Service (GLS) показана на рисунке 1.
Рис. 1. Конструкция лампы GLS
Лампы накаливания также доступны в широком диапазоне цветов и отделки. Коды ILCOS и некоторые типичные формы включают показанные в таблице 4.
Таблица 4. Распространенные цвета и формы ламп накаливания с их кодами ILCOS.
Цвет/Форма |
Code |
Сбросить |
/C |
Матовый |
/F |
Белый |
/W |
Red |
/R |
Синии |
/B |
Зелёная |
/G |
Жёлтые |
/Y |
Грушевидная (ГЛС) |
IA |
Свеча |
IB |
конический |
IC |
шаровидный |
IG |
Гриб |
IM |
Лампы накаливания по-прежнему популярны для домашнего освещения из-за их низкой стоимости и компактных размеров. Однако для коммерческого и промышленного освещения низкая эффективность приводит к очень высоким эксплуатационным расходам, поэтому газоразрядные лампы являются нормальным выбором. Лампа мощностью 100 Вт имеет типичную эффективность 14 люмен/ватт по сравнению с 96 люмен/ватт для люминесцентной лампы мощностью 36 Вт.
Лампы накаливания легко диммировать, уменьшая напряжение питания, и они до сих пор используются там, где диммирование является желаемой функцией управления.
Вольфрамовая нить накаливания представляет собой компактный источник света, легко фокусируемый отражателями или линзами. Лампы накаливания полезны для освещения витрин, где необходимо управление направлением.
Вольфрамовые галогенные лампы
Они похожи на лампы накаливания и излучают свет таким же образом от вольфрамовой нити. Однако колба содержит газообразный галоген (бром или йод), который эффективно контролирует испарение вольфрама. См. рисунок 2.
Рисунок 2. Галогеновый цикл
Основой галогенного цикла является минимальная температура стенки колбы 250 ° C, чтобы гарантировать, что галогенид вольфрама остается в газообразном состоянии и не конденсируется на стенке колбы. Эта температура означает, что лампы сделаны из кварца, а не из стекла. С кварцем можно уменьшить размер колбы.
Срок службы большинства вольфрамово-галогенных ламп больше, чем у ламп накаливания, а нить накала имеет более высокую температуру, что дает больше света и более белый цвет.
Вольфрамово-галогенные лампы стали популярными там, где главным требованием являются небольшой размер и высокая производительность. Типичными примерами являются сценическое освещение, в том числе кино- и телевизионное, где обычными требованиями являются управление направлением и диммирование.
Низковольтные вольфрамовые галогенные лампы
Первоначально они были разработаны для слайд- и кинопроекторов. При 12 В нить накала той же мощности, что и при 230 В, становится меньше и толще. Это может быть более эффективно сфокусировано, а большая масса нити накала обеспечивает более высокую рабочую температуру, увеличивая светоотдачу. Толстая нить более прочная. Эти преимущества были реализованы как полезные для рынка коммерческих витрин, и хотя необходимо иметь понижающий трансформатор, эти лампы теперь доминируют в освещении витрин. См. рисунок 3.
Рис. 3. Низковольтная дихроичная рефлекторная лампа
Хотя пользователям кинопроекторов нужно как можно больше света, слишком много тепла повреждает прозрачную среду. Был разработан специальный тип рефлектора, который отражает только видимое излучение, позволяя инфракрасному излучению (теплу) проходить через заднюю часть лампы. Эта функция теперь является частью многих низковольтных рефлекторных ламп для освещения дисплеев, а также проекторного оборудования.
Чувствительность к напряжению: все лампы накаливания чувствительны к изменению напряжения, что влияет на светоотдачу и срок службы. Стремление «гармонизировать» напряжение питания по всей Европе на уровне 230 В достигается за счет расширения допусков, с которыми могут работать генерирующие органы. Изменение составляет ±10%, что соответствует диапазону напряжения от 207 до 253 В. Лампы накаливания и вольфрамово-галогенные лампы не могут нормально работать в этом диапазоне, поэтому необходимо согласовать фактическое напряжение питания с номиналами ламп. См. рисунок 4.
Рисунок 4. Лампы накаливания GLS и напряжение питания
На газоразрядные лампы также будут влиять такие широкие колебания напряжения, поэтому важное значение приобретает правильная спецификация механизма управления.
Трубчатые люминесцентные лампы
Это ртутные лампы низкого давления, доступные в версиях с «горячим катодом» и «холодным катодом». Первый — это обычная люминесцентная лампа для офисов и заводов; «Горячий катод» относится к запуску лампы путем предварительного нагрева электродов для создания достаточной ионизации газа и паров ртути для установления разряда.
Лампы с холодным катодом в основном используются для вывесок и рекламы. См. рисунок 5.
Рисунок 5. Принцип работы люминесцентной лампы
Для люминесцентных ламп требуется внешний механизм управления для запуска и управления током лампы. Помимо небольшого количества паров ртути, имеется исходный газ (аргон или криптон).
Низкое давление ртути генерирует разряд бледно-голубого света. Основная часть излучения приходится на УФ-диапазон с длиной волны 254 нм, характерной для ртути частотой излучения. Внутри стенки трубки находится тонкое люминофорное покрытие, которое поглощает УФ-излучение и излучает энергию в виде видимого света. Качество цвета света определяется люминофорным покрытием. Доступен ряд люминофоров с различным внешним видом и цветопередачей.
В течение 1950-х годов доступные люминофоры предлагали выбор разумной эффективности (60 люмен / ватт) с недостатком красного и синего света или улучшенную цветопередачу от «роскошных» люминофоров с более низкой эффективностью (40 люмен / ватт).
К 1970-м годам были разработаны новые узкополосные люминофоры. Они по отдельности излучали красный, синий и зеленый свет, но вместе давали белый свет. Регулировка пропорций дала ряд различных цветовых проявлений с одинаковой превосходной цветопередачей. Эти трилюминофоры более эффективны, чем более ранние типы, и представляют собой лучшее экономичное решение для освещения, даже несмотря на то, что лампы стоят дороже. Повышенная эффективность снижает затраты на эксплуатацию и установку.
Принцип трех люминофоров был расширен за счет ламп с несколькими люминофорами, где необходима критическая цветопередача, например, для художественных галерей и промышленного подбора цветов.
Современные узкополосные люминофоры более долговечны, лучше сохраняют световой поток и увеличивают срок службы лампы.
Компактные люминесцентные лампы
Люминесцентная лампа не является практичной заменой лампы накаливания из-за своей линейной формы. Маленькие трубки с узким отверстием могут иметь примерно такой же размер, как лампа накаливания, но это создает гораздо более высокую электрическую нагрузку на материал люминофора. Использование трилюминофоров необходимо для достижения приемлемого срока службы лампы. См. рисунок 6.
Рисунок 6. Компактная люминесцентная лампа с четырьмя ножками
Все компактные люминесцентные лампы используют три люминофора, поэтому, когда они используются вместе с линейными люминесцентными лампами, последние также должны быть три люминофора, чтобы обеспечить постоянство цвета.
Некоторые компактные лампы включают в себя механизм управления, который можно использовать для модернизации ламп накаливания. Ассортимент расширяется и позволяет легко модернизировать существующие установки для более энергоэффективного освещения. Эти встроенные блоки не подходят для затемнения там, где это было частью исходных элементов управления.
Высокочастотный электронный пускорегулирующий аппарат: Если нормальную частоту питания 50 или 60 Гц увеличить до 30 кГц, эффективность люминесцентных ламп увеличится на 10%. Электронные схемы могут управлять отдельными лампами на таких частотах. Электронная схема спроектирована так, чтобы обеспечить такой же световой поток, как и механизм управления с проволочной обмоткой, за счет пониженной мощности лампы. Это обеспечивает совместимость пакета люменов с тем преимуществом, что уменьшенная нагрузка на лампу значительно увеличивает срок службы лампы. Электронный пускорегулирующий аппарат может работать в диапазоне питающих напряжений.
Общего стандарта для электронных пускорегулирующих аппаратов не существует, и характеристики ламп могут отличаться от информации, опубликованной производителями ламп.
Использование высокочастотного электронного ПРА устраняет обычную проблему мерцания, к которой могут быть чувствительны некоторые пассажиры.
Индукционные лампы
Недавно на рынке появились лампы, работающие по принципу индукции. Это ртутные лампы низкого давления с трифосфорным покрытием и по светоизлучателям аналогичны люминесцентным лампам. Энергия передается на лампу с помощью высокочастотного излучения с частотой примерно 2.5 МГц от антенны, расположенной в центре лампы. Физической связи между колбой лампы и катушкой нет. Без электродов и других проводных соединений конструкция разрядного сосуда проще и долговечнее. Срок службы лампы в основном определяется надежностью электронных компонентов и сохранением светового потока люминофорного покрытия.
Ртутные лампы высокого давления
Разряды высокого давления более компактны и имеют более высокие электрические нагрузки; поэтому им требуются кварцевые дуговые трубки, чтобы выдерживать давление и температуру. Дуговая трубка заключена во внешнюю стеклянную оболочку с азотной или аргонно-азотной атмосферой для уменьшения окисления и искрения. Лампа эффективно фильтрует УФ-излучение дуговой трубки. См. рисунок 7.
Рисунок 7. Конструкция ртутной лампы
При высоком давлении ртутный разряд имеет в основном синее и зеленое излучение. Для улучшения цвета люминофорное покрытие внешней колбы добавляет красный свет. Есть роскошные версии с повышенным содержанием красного, которые дают более высокую светоотдачу и улучшенную цветопередачу.
Всем газоразрядным лампам высокого давления требуется время для достижения полной мощности. Первоначальный разряд осуществляется через токопроводящий газовый наполнитель, а металл испаряется по мере повышения температуры лампы.
При стабильном давлении лампа не включится сразу без специального механизма управления. Существует задержка, пока лампа достаточно остынет и давление уменьшится, так что нормальное напряжение питания или цепь зажигания достаточны для восстановления дуги.
Газоразрядные лампы имеют характеристику отрицательного сопротивления, поэтому для управления током необходим внешний механизм управления. Из-за этих компонентов ПРА возникают потери, поэтому пользователь должен учитывать общую мощность при рассмотрении эксплуатационных расходов и электромонтажных работ. Исключение составляют ртутные лампы высокого давления, и один тип содержит вольфрамовую нить накала, которая действует как устройство ограничения тока и добавляет теплые тона к сине-зеленому разряду. Это дает возможность прямой замены ламп накаливания.
Хотя ртутные лампы имеют длительный срок службы, составляющий около 20,000 55 часов, к концу этого периода световой поток упадет примерно до XNUMX% от первоначального, и, следовательно, экономический срок службы может быть короче.
Металлогалогенные лампы
Цвет и световой поток ртутных газоразрядных ламп можно улучшить, добавляя в ртутную дугу различные металлы. Для каждой лампы доза мала, и для точного нанесения удобнее обращаться с металлами в виде порошка в виде галогенидов. Это ломается, когда лампа нагревается и высвобождает металл.
В металлогалогенной лампе может использоваться несколько различных металлов, каждый из которых дает определенный характерный цвет. К ним относятся:
Стандартной смеси металлов не существует, поэтому металлогалогенные лампы разных производителей могут быть несовместимы по внешнему виду или рабочим характеристикам. Для ламп с более низкой номинальной мощностью, от 35 до 150 Вт, физическая и электрическая совместимость более близка к общему стандарту.
Для металлогалогенных ламп требуется механизм управления, но отсутствие совместимости означает, что необходимо подобрать каждую комбинацию лампы и механизма для обеспечения правильных условий запуска и работы.
Натриевые лампы низкого давления
Дуговая трубка по размеру аналогична люминесцентной, но изготовлена из специального многослойного стекла с внутренним покрытием, устойчивым к натрию. Дуговая трубка имеет узкую U-образную форму и заключена во внешнюю вакуумную оболочку для обеспечения термической стабильности. Во время запуска лампы имеют сильное красное свечение от неоновой газовой начинки.
Характерное излучение паров натрия низкого давления имеет монохроматический желтый цвет. Это близко к пиковой чувствительности человеческого глаза, а натриевые лампы низкого давления являются наиболее эффективными лампами с мощностью почти 200 люмен/ватт. Однако применение ограничено теми местами, где различение цветов не имеет визуального значения, например, на магистральных дорогах и подземных переходах, а также на жилых улицах.
Во многих случаях эти лампы заменяются натриевыми лампами высокого давления. Их меньший размер обеспечивает лучший оптический контроль, особенно для освещения проезжей части, где растет озабоченность по поводу чрезмерного свечения неба.
Натриевые лампы высокого давления
Эти лампы аналогичны ртутным лампам высокого давления, но обладают большей эффективностью (более 100 люмен/ватт) и превосходным сохранением светового потока. Реакционная природа натрия требует, чтобы дуговая трубка была изготовлена из полупрозрачного поликристаллического оксида алюминия, поскольку стекло или кварц не подходят. Внешняя стеклянная колба содержит вакуум для предотвращения искрения и окисления. От разряда натрия нет УФ-излучения, поэтому люминофорные покрытия не представляют ценности. Некоторые лампы имеют матовое покрытие или покрытие для рассеивания источника света. См. рисунок 8.
Рисунок 8. Конструкция натриевой лампы высокого давления
По мере увеличения давления натрия излучение становится широкой полосой вокруг желтого пика, а внешний вид становится золотисто-белым. Однако с увеличением давления эффективность снижается. В настоящее время доступны три отдельных типа натриевых ламп высокого давления, как показано в таблице 5.
Таблица 5. Типы натриевых ламп высокого давления
Тип лампы (код) |
Цвет (К) |
Эффективность (люмен/ватт) |
Жизнь (часы) |
Стандарт |
2,000 |
110 |
24,000 |
Deluxe |
2,200 |
80 |
14,000 |
Белый (СЫН) |
2,500 |
50 |
Как правило, стандартные лампы используются для наружного освещения, роскошные лампы — для промышленных интерьеров, а лампы White SON — для коммерческих/демонстрационных приложений.
Затемнение газоразрядных ламп
Лампы высокого давления не могут быть удовлетворительно затемнены, так как изменение мощности лампы изменяет давление и, следовательно, основные характеристики лампы.
Люминесцентные лампы можно регулировать с помощью высокочастотных источников, обычно генерируемых электронным пускорегулирующим аппаратом. Внешний вид цвета остается очень постоянным. Кроме того, светоотдача приблизительно пропорциональна мощности лампы, что приводит к экономии электроэнергии при уменьшении светоотдачи. Интегрируя световой поток лампы с преобладающим уровнем естественного дневного света, можно обеспечить почти постоянный уровень освещенности в интерьере.
Люди обладают необычайной способностью приспосабливаться к окружающей их среде и непосредственному окружению. Из всех видов энергии, которые люди могут использовать, свет является наиболее важным. Свет является ключевым элементом нашей способности видеть, и необходимо оценивать форму, цвет и перспективу объектов, которые окружают нас в нашей повседневной жизни. Большую часть информации, которую мы получаем через органы чувств, мы получаем через зрение — около 80%. Очень часто, и поскольку мы так привыкли к тому, что это доступно, мы принимаем это как должное. Однако мы не должны упускать из виду, что аспекты человеческого благополучия, такие как наше душевное состояние или уровень нашей усталости, зависят от освещения и цвета вещей, которые нас окружают. С точки зрения безопасности труда чрезвычайно важны зрительная способность и визуальный комфорт. Это связано с тем, что многие несчастные случаи происходят, среди прочего, из-за недостатков освещения или ошибок, допущенных работником из-за того, что ему или ей трудно идентифицировать объекты или риски, связанные с оборудованием, транспортными средствами, опасными контейнерами и т. д.
Расстройства зрения, связанные с недостатками в системе освещения, распространены на рабочих местах. Из-за способности зрения адаптироваться к ситуациям с недостаточным освещением эти аспекты иногда не рассматриваются так серьезно, как следовало бы.
Правильный проект системы освещения должен обеспечивать оптимальные условия для зрительного комфорта. Для достижения этой цели необходимо установить раннее сотрудничество между архитекторами, дизайнерами по свету и лицами, ответственными за гигиену на рабочем месте. Это сотрудничество должно предшествовать началу проекта, чтобы избежать ошибок, которые будет трудно исправить после завершения проекта. Среди наиболее важных аспектов, которые следует иметь в виду, — тип лампы, которая будет использоваться, и система освещения, которая будет установлена, распределение яркости, эффективность освещения и спектральный состав света.
Тот факт, что свет и цвет влияют на производительность и психофизиологическое самочувствие рабочего, должен стимулировать инициативу светотехников, физиологов и эргономистов по изучению и определению наиболее благоприятных условий света и цвета на каждом рабочем месте. Комбинация освещения, контраст яркостей, цвет света, цветопередача или подбор цветов — элементы, определяющие цветовой климат и зрительный комфорт.
Факторы, определяющие визуальный комфорт
Предпосылки, которым должна соответствовать система освещения, чтобы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, следующие:
Свет на рабочем месте важно рассматривать не только по количественным, но и по качественным критериям. Первым шагом является изучение рабочего места, требуемой точности выполняемых задач, объема работы, мобильности рабочего и так далее. Свет должен включать компоненты как рассеянного, так и прямого излучения. В результате комбинации будут создаваться тени большей или меньшей интенсивности, что позволит рабочему воспринимать форму и положение предметов на рабочем месте. Должны быть устранены раздражающие отражения, затрудняющие восприятие деталей, а также излишние блики или глубокие тени.
Периодическое техническое обслуживание осветительной установки очень важно. Цель состоит в том, чтобы предотвратить старение ламп и скопление пыли на светильниках, что приведет к постоянной потере света. По этой причине важно выбирать лампы и системы, которые просты в обслуживании. Лампа накаливания сохраняет свою эффективность до тех пор, пока не выйдет из строя, но это не относится к люминесцентным лампам, мощность которых может снизиться до 75% после тысячи часов использования.
Уровни освещения
Каждое действие требует определенного уровня освещения в помещении, где происходит действие. В общем, чем выше сложность зрительного восприятия, тем выше должен быть и средний уровень освещенности. Рекомендации по минимальным уровням освещенности, связанные с различными задачами, существуют в различных публикациях. В частности, те, что перечислены на рисунке 1, были взяты из европейских норм CENTC 169 и основаны больше на опыте, чем на научных знаниях.
Рисунок 1. Уровни освещенности в зависимости от выполняемых задач
Уровень освещенности измеряется люксометром, который преобразует световую энергию в электрический сигнал, который затем усиливается и обеспечивает легкое считывание по откалиброванной шкале люкс. При выборе определенного уровня освещенности для конкретного рабочего места необходимо изучить следующие моменты:
Единицы и величины освещенности
В области освещения обычно используются несколько величин. Основные из них:
Световой поток: Световая энергия, излучаемая в единицу времени источником света. Единица: люмен (лм).
Интенсивность света: Световой поток, излучаемый в заданном направлении светом, который неравномерно распределен. Единица: кандела (кд).
Уровень освещенности: Уровень освещенности поверхности площадью один квадратный метр при попадании на нее светового потока в один люмен. Единица: люкс = лм/м2.
Яркость или фотометрическая яркость: определяется для поверхности в определенном направлении и представляет собой отношение между силой света и поверхностью, которую видит наблюдатель, находящийся в том же направлении (видимая поверхность). Единица: кд/м2.
Контраст: Разница в яркости между объектом и его окружением или между различными частями объекта.
коэффициент отражения: Доля света, отражаемая поверхностью. Это безразмерная величина. Его значение находится в диапазоне от 0 до 1.
Факторы, влияющие на видимость объектов
Степень безопасности, с которой выполняется задание, во многом зависит от качества освещения и зрительных способностей. Видимость объекта можно изменить разными способами. Одним из наиболее важных является контраст яркостей, обусловленный факторами отражения, тенями или цветами самого объекта, а также коэффициентами отражения цвета. На самом деле глаз воспринимает разницу в яркости между объектом и его окружением или между разными частями одного и того же объекта. В таблице 1 перечислены контрасты между цветами в порядке убывания.
Яркость объекта, его окружения и рабочей зоны влияет на легкость, с которой объект виден. Поэтому крайне важно, чтобы область, в которой выполняется зрительная задача, и ее окружение были тщательно проанализированы.
Таблица 1. Цветовые контрасты
Цветовые контрасты в порядке убывания |
|
Цвет объекта |
Цвет фона |
Черный |
Жёлтые |
Зелёная |
Белый |
Red |
Белый |
Синии |
Белый |
Белый |
Синии |
Черный |
Белый |
Жёлтые |
Черный |
Белый |
Red |
Белый |
Зелёная |
Белый |
Черный |
Другим фактором является размер объекта, который необходимо наблюдать, который может быть адекватным или неадекватным в зависимости от расстояния и угла зрения наблюдателя. Эти последние два фактора определяют расположение рабочего места, классифицируя различные зоны в зависимости от их видимости. В рабочей зоне можно установить пять зон (см. рис. 2).
Рис. 2. Распределение визуальных зон на рабочем месте
Другим фактором являются временные рамки, в течение которых происходит видение. Время экспозиции будет больше или меньше в зависимости от того, статичны ли объект и наблюдатель, или один или оба из них движутся. Адаптивная способность глаза автоматически приспосабливаться к различному освещению объектов также может оказывать значительное влияние на видимость.
Распределение света; яркий свет
Ключевыми факторами условий, влияющих на зрение, являются распределение света и контраст яркостей. Что касается распределения света, то предпочтительнее иметь хорошее общее освещение, а не местное освещение, чтобы избежать бликов. По этой причине электрические аксессуары должны быть размещены как можно более равномерно, чтобы избежать различий в силе света. Постоянное перемещение по зонам с неравномерным освещением вызывает утомление глаз, что со временем может привести к снижению зрительной отдачи.
Блики возникают, когда в поле зрения присутствует яркий источник света; результатом является снижение способности различать объекты. Рабочие, которые постоянно и последовательно страдают от яркого света, могут страдать от перенапряжения глаз, а также от функциональных расстройств, даже если во многих случаях они не осознают этого.
Блики могут быть прямыми, когда их источником являются яркие источники света, находящиеся непосредственно на линии обзора, или отраженными, когда свет отражается от поверхностей с высоким коэффициентом отражения. Факторы, влияющие на блики:
Рисунок 3. Приблизительные значения яркости
Рисунок 4. Факторы, влияющие на блики
Как правило, блики больше, когда источники света установлены на более низких высотах или когда они установлены в больших помещениях, потому что источники света в больших помещениях или источники света, расположенные слишком низко, могут легко попадать в угол обзора, создающий блики.
3. Распределение яркости между различными объектами и поверхностями: чем больше разница в яркости между объектами в поле зрения, тем больше будет создаваемых бликов и тем больше будет ухудшение способности видеть из-за эффектов. на адаптационные процессы зрения. Максимальные рекомендуемые отклонения яркости:
4. Срок экспозиции: Даже источники света с низкой яркостью могут вызывать блики, если экспозиция слишком велика.
Избежать бликов относительно просто, и этого можно добиться разными способами. Один из способов, например, заключается в размещении решеток под источниками освещения, или использовании огибающих рассеивателей или параболических отражателей, способных правильно направлять свет, или в установке источников света таким образом, чтобы они не мешали углу освещения. зрение. При оформлении рабочего места правильное распределение яркости так же важно, как и сама освещенность, но важно также учитывать, что слишком равномерное распределение яркости затрудняет трехмерное и пространственное восприятие предметов.
Системы освещения
В последнее время возрос интерес к естественному освещению. Это связано не столько с качеством освещения, которое оно дает, сколько с благополучием, которое оно обеспечивает. Но так как уровень освещенности от естественных источников неравномерен, требуется система искусственного освещения.
Наиболее распространены следующие системы освещения:
Общее равномерное освещение
В этой системе источники света распределены равномерно, независимо от расположения рабочих мест. Средний уровень освещенности должен быть равен уровню освещенности, необходимому для выполнения задачи. Эти системы используются в основном на рабочих местах, где рабочие места не закреплены.
Он должен соответствовать трем основным характеристикам: Во-первых, он должен быть оснащен антибликовыми устройствами (решетками, рассеивателями, отражателями и т. д.). Во-вторых, он должен распределять часть света на потолок и верхнюю часть стен. И в-третьих, источники света должны быть установлены как можно выше, чтобы свести к минимуму блики и добиться максимально однородного освещения. (См. рис. 5)
Рисунок 5. Системы освещения
Эта система пытается усилить общую схему освещения, размещая лампы близко к рабочим поверхностям. Эти типы ламп часто создают блики, и отражатели должны быть расположены таким образом, чтобы они закрывали источник света от прямого взгляда рабочего. Использование локализованного освещения рекомендуется для тех приложений, где требования к зрению очень важны, например, уровни освещенности 1,000 люкс или выше. Как правило, зрительная способность ухудшается с возрастом рабочего, что вызывает необходимость увеличения уровня общего освещения или дублирования его местным освещением. Это явление можно ясно оценить на рисунке 6.
Рисунок 6. Потеря остроты зрения с возрастом
Общее локализованное освещение
Этот тип освещения состоит из потолочных источников, распределенных с учетом двух факторов: характеристик освещения оборудования и потребностей в освещении каждого рабочего места. Этот тип освещения показан для тех пространств или рабочих зон, которые требуют высокого уровня освещения, и требует знания будущего местоположения каждого рабочего места до этапа проектирования.
Цвет: основные понятия
Выбор подходящего цвета для рабочего места в значительной степени способствует эффективности, безопасности и общему самочувствию сотрудников. Точно так же отделка поверхностей и оборудования, находящегося в рабочей среде, способствует созданию приятных визуальных условий и приятной рабочей среды.
Обычный свет состоит из электромагнитных излучений разных длин волн, соответствующих каждому из диапазонов видимого спектра. Смешивая красный, желтый и синий свет, мы можем получить большинство видимых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета предмета зависит от цвета света, которым он освещен, и от того, как сам предмет отражает свет.
Лампы можно разделить на три категории в зависимости от вида излучаемого ими света:
Цвета также можно классифицировать как теплые или холодные в зависимости от их тональности (см. рисунок 7).
Рисунок 7. Тональность «теплых» и «холодных» цветов
Контраст и температура разных цветов
На цветовые контрасты влияет цвет выбранного света, и по этой причине качество освещения будет зависеть от цвета света, выбранного для применения. Выбор цвета используемого света должен производиться исходя из задачи, которая будет выполняться под ним. Если цвет близок к белому, цветопередача и рассеивание света будут лучше. Чем больше света приближается к красной части спектра, тем хуже будет воспроизведение цвета, но окружающая среда будет теплее и привлекательнее.
Цветовой вид освещения зависит не только от цвета света, но и от уровня силы света. Цветовая температура связана с различными формами освещения. Ощущение удовлетворенности освещенностью данной среды зависит от этой цветовой температуры. Таким образом, например, лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет цветовую температуру 2,800 К, люминесцентная лампа имеет цветовую температуру 4,000 К, а пасмурное небо имеет цветовую температуру 10,000 XNUMX К.
Круитхоф на основе эмпирических наблюдений определил диаграмму самочувствия для различных уровней освещенности и цветовых температур в данной среде (см. рис. 8). Таким образом, он продемонстрировал, что можно чувствовать себя комфортно в определенных средах с низким уровнем освещенности, если цветовая температура также низка — если уровень освещенности составляет, например, одну свечу с цветовой температурой 1,750 К.
Рис. 8. Диаграмма комфорта в зависимости от освещенности и цветовой температуры
Цвета электрических ламп можно разделить на три группы в зависимости от их цветовой температуры:
Сочетание и подбор цветов
Выбор цветов очень актуален, когда мы рассматриваем его вместе с теми функциями, где важна идентификация объектов, которыми необходимо манипулировать. Актуален он и при разграничении путей общения и в тех задачах, которые требуют резкого контраста.
Выбор тональности не такой важный вопрос, как выбор надлежащих отражающих свойств поверхности. Есть несколько рекомендаций, которые относятся к этому аспекту рабочих поверхностей:
Потолки: поверхность потолка должна быть как можно более белой (с коэффициентом отражения 75%), потому что свет будет отражаться от нее рассеянным образом, рассеивая темноту и уменьшая блики от других поверхностей. Это также будет означать экономию на искусственном освещении.
Стены и полы: поверхности стен на уровне глаз могут создавать блики. Бледные цвета с коэффициентом отражения от 50 до 75%, как правило, подходят для стен. Хотя глянцевые краски держатся дольше, чем матовые, они лучше отражают свет. Поэтому стены должны быть матовыми или полуглянцевыми.
Полы должны быть окрашены в более темные тона, чем стены и потолок, чтобы избежать бликов. Коэффициент отражения полов должен составлять от 20 до 25%.
Подобрать оборудование: Рабочие поверхности, оборудование и столы должны иметь коэффициент отражения от 20 до 40%. Оборудование должно иметь стойкую отделку чистого цвета — светло-коричневого или серого, а материал не должен блестеть.
Правильное использование цветов в рабочей среде улучшает самочувствие, повышает производительность и может оказать положительное влияние на качество. Это также может способствовать лучшей организации и предотвращению несчастных случаев.
Существует распространенное мнение, что побелить стены и потолки и обеспечить адекватный уровень освещения — это все, что можно сделать для визуального комфорта сотрудников. Но эти факторы комфорта можно улучшить, комбинируя белый цвет с другими цветами, чтобы избежать усталости и скуки, характерных для монохромной среды. Цвета также влияют на уровень стимуляции человека; теплые цвета, как правило, активизируют и расслабляют, в то время как холодные цвета используются, чтобы побудить человека высвободить или высвободить свою энергию.
Цвет света, его распределение и цвета, используемые в данном пространстве, являются, среди прочего, ключевыми факторами, влияющими на ощущения, которые испытывает человек. Учитывая множество существующих цветов и факторов комфорта, невозможно установить точные ориентиры, особенно учитывая, что все эти факторы должны сочетаться в соответствии с характеристиками и требованиями конкретного рабочего места. Однако можно перечислить ряд основных и общих практических правил, которые могут помочь создать пригодную для жизни среду:
Распознавание предметов по цвету
Выбор цветов может влиять на эффективность систем освещения, влияя на долю отраженного света. Но цвет также играет ключевую роль, когда дело доходит до идентификации объектов. Мы можем использовать яркие и привлекательные цвета или цветовые контрасты, чтобы выделить ситуации или объекты, требующие особого внимания. В таблице 2 перечислены некоторые факторы отражения для различных цветов и материалов.
Таблица 2. Коэффициенты отражения различных цветов и материалов при освещении белым светом
Цвет/материал |
Коэффициент отражения (%) |
Белый |
100 |
Руководство |
80-85 |
Слоновая кость, лимонно-желтый |
70-75 |
Ярко-желтый, светло-охристый, светло-зеленый, пастельно-голубой, светло-розовый, кремовый |
60-65 |
Салатово-зеленый, бледно-серый, розовый, оранжевый, серо-голубой |
50-55 |
Светлое дерево, голубое небо |
40-45 |
Дуб, сухой бетон |
30-35 |
Темно-красный, лиственно-зеленый, оливково-зеленый, лугово-зеленый |
20-25 |
Темно-синий, фиолетовый |
10-15 |
Черный |
0 |
В любом случае идентификацию по цвету следует применять только тогда, когда это действительно необходимо, так как идентификация по цвету будет работать корректно только в том случае, если объектов, выделенных цветом, не слишком много. Ниже приведены некоторые рекомендации по идентификации различных элементов по цвету:
Освещение предусмотрено внутри помещений, чтобы удовлетворить следующие требования:
Обеспечение безопасных условий труда должно стоять на первом месте в списке приоритетов, и, как правило, безопасность повышается за счет того, что опасности четко видны. Порядок приоритетности двух других требований будет в значительной степени зависеть от того, как будет использоваться интерьер. Выполнение задачи можно улучшить, обеспечив, чтобы детали задачи были легче видны, в то время как соответствующая визуальная среда создается путем изменения акцента освещения, придаваемого объектам и поверхностям в интерьере.
На наше общее самочувствие, включая моральное состояние и усталость, влияют свет и цвет. При низком уровне освещения объекты практически не имеют цвета или формы, а перспектива теряется. И наоборот, избыток света может быть столь же нежелательным, как и недостаток света.
Как правило, люди предпочитают комнату с дневным светом комнате без окон. Кроме того, считается, что контакт с внешним миром помогает чувствовать себя хорошо. Внедрение автоматического управления освещением вместе с высокочастотным диммированием люминесцентных ламп позволило обеспечить интерьеры управляемым сочетанием дневного и искусственного света. Это дает дополнительное преимущество в виде экономии на затратах на электроэнергию.
На восприятие характера интерьера влияет как яркость, так и цвет видимых поверхностей, как внутренних, так и внешних. Общие условия освещения в интерьере могут быть достигнуты за счет использования дневного света или искусственного освещения, или, что более вероятно, за счет их комбинации.
Оценка освещения
Общие требования
Системы освещения, используемые в коммерческих интерьерах, можно разделить на три основные категории: общее освещение, локализованное освещение и локальное освещение.
Установки общего освещения обычно обеспечивают примерно равномерную освещенность по всей рабочей плоскости. Такие системы часто основаны на люменовом методе проектирования, где средняя освещенность составляет:
Средняя освещенность (люкс) =
Локализованные системы освещения обеспечивают освещение общих рабочих зон с одновременным снижением уровня освещенности в прилегающих зонах.
Системы локального освещения обеспечивают освещение относительно небольших площадей, включающих визуальные задачи. Такие системы обычно дополняются заданным уровнем общего освещения. Рисунок 1 иллюстрирует типичные различия между описанными системами.
Рисунок 1. Системы освещения
При выполнении зрительных задач важно добиться требуемого уровня освещенности и учитывать обстоятельства, влияющие на ее качество.
Использование дневного света для освещения задач имеет как достоинства, так и ограничения. Окна, пропускающие дневной свет в интерьер, обеспечивают хорошее трехмерное моделирование, и хотя спектральное распределение дневного света меняется в течение дня, его цветопередача в целом считается отличной.
Однако постоянная освещенность задачи не может быть обеспечена только естественным дневным светом из-за его широкой изменчивости, а если задача находится в том же поле зрения, что и яркое небо, то вероятно появление слепящего эффекта, ухудшающего выполнение задачи. . Использование дневного света для рабочего освещения имеет лишь частичный успех, а искусственное освещение, над которым можно осуществлять больший контроль, должно сыграть важную роль.
Так как человеческий глаз воспринимает поверхности и предметы только через свет, отраженный от них, то отсюда следует, что характеристики поверхности и коэффициенты отражения вместе с количеством и качеством света будут влиять на внешний вид окружающей среды.
При рассмотрении освещения интерьера важно определить освещенность уровне и сравнить его с рекомендуемыми уровнями для разных задач (см. табл. 1).
Таблица 1. Типичные рекомендуемые уровни поддерживаемой освещенности для различных мест или зрительных задач
|
Типичный рекомендуемый уровень поддерживаемой освещенности (люкс) |
Общие офисы |
500 |
Компьютерные рабочие станции |
500 |
Заводские сборочные участки |
|
Грубая работа |
300 |
Средняя работа |
500 |
Прекрасная работа |
750 |
Очень тонкая работа |
|
Сборка приборов |
1,000 |
Сборка/ремонт ювелирных изделий |
1,500 |
Больничные операционные |
50,000 |
Освещение для зрительных задач
Способность глаза различать детали —Острота зрения— существенно зависит от размера задачи, контрастности и визуальной производительности зрителя. Увеличение количества и качества освещения также значительно улучшит визуальное исполнение. Влияние освещения на выполнение задачи зависит от размера важных деталей задачи и от контраста между задачей и окружающим фоном. На рис. 2 показано влияние освещенности на остроту зрения. При рассмотрении зрительного освещения задачи важно учитывать способность глаза выполнять визуальную задачу как со скоростью, так и с точностью. Эта комбинация известна как визуальное исполнение. На рис. 3 показано типичное влияние освещенности на визуальную производительность данной задачи.
Рисунок 2. Типичная зависимость между остротой зрения и освещенностью
Рисунок 3. Типичная взаимосвязь между визуальными характеристиками и освещенностью
Прогнозирование освещения, достигающего рабочей поверхности, имеет первостепенное значение в дизайне освещения. Однако зрительная система человека реагирует на распределение яркости в пределах поля зрения. Сцена в поле зрения интерпретируется путем различения цвета поверхности, коэффициента отражения и освещения. Яркость зависит как от освещенности, так и от отражательной способности поверхности. И освещенность, и яркость являются объективными величинами. Однако реакция на яркость субъективна.
Чтобы создать среду, которая обеспечивает визуальное удовлетворение, комфорт и производительность, яркость в пределах поля зрения должна быть сбалансирована. В идеале яркость вокруг задачи должна уменьшаться постепенно, чтобы избежать резких контрастов. Предлагаемое изменение яркости в зависимости от задачи показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Изменение яркости в зависимости от задачи
Люменный метод проектирования освещения приводит к получению средней освещенности в горизонтальной плоскости на рабочей плоскости, и этот метод можно использовать для установления средних значений освещенности на стенах и потолках внутри помещения. Можно преобразовать средние значения освещенности в средние значения яркости на основе сведений о среднем значении коэффициента отражения поверхностей помещения.
Уравнение, связывающее яркость и освещенность:
Рисунок 5. Типичные значения относительной освещенности вместе с рекомендуемыми значениями отражательной способности
На рис. 5 показан типичный офис со значениями относительной освещенности (от системы верхнего общего освещения) на основных поверхностях помещения вместе с предполагаемыми коэффициентами отражения. Человеческий глаз, как правило, привлекает ту часть визуальной сцены, которая является самой яркой. Из этого следует, что более высокие значения яркости обычно возникают в области визуальной задачи. Глаз распознает детали визуальной задачи, различая более светлые и темные части задачи. Изменение яркости зрительной задачи определяется из расчета яркостный контраст:
в котором
Lt = яркость задачи
Lb = яркость фона
и обе яркости измеряются в кд·м-2
Вертикальные линии в этом уравнении означают, что все значения яркостного контраста следует считать положительными.
На контраст визуальной задачи будут влиять свойства отражения самой задачи. См. рисунок 5.
Оптический контроль освещения
Если в светильнике используется голая лампа, распределение света вряд ли будет приемлемым, и система почти наверняка будет неэкономичной. В таких ситуациях голая лампа, вероятно, будет источником бликов для находящихся в помещении, и хотя некоторая часть света может в конечном итоге достичь рабочей плоскости, эффективность установки, вероятно, будет серьезно снижена из-за бликов.
Будет очевидно, что требуется некоторая форма управления светом, и наиболее часто используемые методы подробно описаны ниже.
Обструкция
Если лампа установлена в непрозрачном корпусе с единственным отверстием для выхода света, то распределение света будет очень ограниченным, как показано на рисунке 6.
Рис. 6. Управление светоотдачей по преграде
отражение
В этом методе используются отражающие поверхности, которые могут варьироваться от очень матовой до очень зеркальной или зеркальной поверхности. Этот метод контроля более эффективен, чем обструкция, так как рассеянный свет собирается и перенаправляется туда, где это необходимо. Используемый принцип показан на рисунке 7.
Рис. 7. Управление светоотдачей по отражению
Вещание
Если лампа установлена внутри полупрозрачного материала, видимый размер источника света увеличивается с одновременным уменьшением его яркости. К сожалению, практичные рассеиватели поглощают часть излучаемого света, что, следовательно, снижает общую эффективность светильника. Рисунок 8 иллюстрирует принцип диффузии.
Рисунок 8. Управление световым потоком за счет диффузии
Преломление
В этом методе используется эффект «призмы», когда призматический материал из стекла или пластика обычно «преломляет» лучи света и при этом перенаправляет свет туда, где он требуется. Этот метод очень подходит для общего внутреннего освещения. Его преимущество заключается в сочетании хорошего контроля бликов с приемлемой эффективностью. На рис. 9 показано, как преломление помогает в оптическом контроле.
Во многих случаях в светильнике используется комбинация описанных методов оптического управления.
Рисунок 9. Управление светоотдачей по преломлению
Распределение яркости
Распределение светового потока от светильника играет важную роль в определении зрительных условий, которые впоследствии возникают. Каждый из четырех описанных методов оптического контроля обеспечивает различные характеристики распределения светоотдачи светильника.
Завуалированные отражения часто возникают в местах, где установлены дисплеи. Обычные симптомы, возникающие в таких ситуациях, заключаются в снижении способности правильно читать текст на экране из-за появления нежелательных ярких изображений на самом экране, обычно от потолочных светильников. Может сложиться ситуация, когда в интерьере на бумаге на столе также появляются вуалирующие отражения.
Если светильники в интерьере имеют сильную вертикальную нисходящую составляющую светоотдачи, то любая бумага на столе под таким светильником будет отражать источник света в глаза наблюдателю, который читает с бумаги или работает с ней. Если бумага имеет глянцевое покрытие, ситуация усугубляется.
Решение этой проблемы состоит в том, чтобы распределить светоотдачу используемых светильников преимущественно под углом к нисходящей вертикали, чтобы в соответствии с основными законами физики (угол падения = угол отражения) отраженные блики быть сведена к минимуму. На рис. 10 показан типичный пример как проблемы, так и решения. Распределение светоотдачи светильника, используемого для решения этой проблемы, называется распространение летучей мыши.
Рисунок 10. Вуалирующие отражения
Распределение света от светильников также может привести к прямой свет, и в попытке решить эту проблему местные осветительные приборы должны быть установлены за пределами 45-градусного «запретного угла», как показано на рисунке 11.
Рис. 11. Схематическое изображение запрещенного угла
Оптимальные условия освещения для зрительного комфорта и производительности
При исследовании условий освещения для визуального комфорта и производительности целесообразно учитывать факторы, влияющие на способность видеть детали. Их можно разделить на две категории — характеристики наблюдателя и характеристики задачи.
Характеристики наблюдателя.
Они включают в себя:
Характеристики задачи.
Они включают в себя:
Применительно к конкретным задачам необходимо ответить на следующие вопросы:
Для создания оптимальных условий освещения на рабочем месте важно учитывать требования, предъявляемые к осветительной установке. В идеале рабочее освещение должно раскрывать цвет, размер, рельеф и качество поверхности объекта, одновременно избегая создания потенциально опасных теней, бликов и «сурового» окружения самого объекта.
Блики.
Ослепление возникает при чрезмерном освещении поля зрения. Воздействие бликов на зрение можно разделить на две группы, называемые блики инвалидности и блики дискомфорта.
Рассмотрим пример бликов от фар встречного автомобиля в темное время суток. Глаз не может одновременно адаптироваться к свету фар автомобиля и к гораздо меньшей яркости дороги. Это пример инвалидизирующего ослепления, поскольку источники света высокой яркости производят инвалидизирующий эффект из-за рассеяния света в оптических средах. Ослепляющий свет пропорционален интенсивности мешающего источника света.
Дискомфортные блики, которые чаще возникают в интерьерах, можно уменьшить или даже полностью устранить, уменьшив контраст между задачей и ее окружением. Матовые, диффузно отражающие покрытия на рабочих поверхностях предпочтительнее глянцевых или зеркально отражающих покрытий, а положение любого источника света, нарушающего нормальную видимость, должно быть вне нормального поля зрения. В целом успешное визуальное исполнение происходит, когда сама задача ярче, чем ее непосредственное окружение, но не чрезмерно.
Величине дискомфортного ослепления присваивается числовое значение, и его сравнивают с эталонными значениями, чтобы предсказать, будет ли уровень дискомфортного ослепления приемлемым. Метод расчета значений индекса ослепления, используемый в Великобритании и других странах, рассматривается в разделе «Измерение».
Анализ эффективности
Исследования освещения
Один из часто используемых методов съемки основан на сетке точек измерения по всей рассматриваемой территории. В основе этого приема лежит разделение всего интерьера на ряд равных площадей, каждая из которых идеально квадратная. Освещенность в центре каждой области измеряется на высоте стола (обычно 0.85 м над уровнем пола) и рассчитывается среднее значение освещенности. На точность значения средней освещенности влияет количество используемых точек измерения.
Существует связь, которая позволяет минимальный количество точек измерения, которые должны быть рассчитаны по значению номер комнаты применимо к рассматриваемому интерьеру.
Здесь длина и ширина относятся к размерам помещения, а монтажная высота — к вертикальному расстоянию между центром источника света и рабочей плоскостью.
Отношение, о котором идет речь, задается как:
Минимальное количество точек измерения = (x + 2)2
где "x” — это значение индекса комнаты, приведенное к следующему большему целому числу, за исключением того, что для всех значений RI равно или больше 3, x принимается равным 4. Это уравнение дает минимальное количество точек измерения, но условия часто требуют использования большего количества точек, чем это минимальное количество.
При рассмотрении освещения рабочего места и его ближайшего окружения разница в освещенности или однородность необходимо учитывать освещенность.
По любой рабочей области и ее ближайшему окружению однородность должна быть не менее 0.8.
На многих рабочих местах нет необходимости освещать все зоны на одном уровне. Локальное или местное освещение может обеспечить некоторую степень энергосбережения, но какая бы система ни использовалась, разница в освещенности внутри помещения не должна быть чрезмерной.
Ассоциация разнообразие освещенности выражается как:
В любой точке основной площади интерьера разброс освещенности не должен превышать 5:1.
Приборы, используемые для измерения освещенности и яркости, обычно имеют спектральные характеристики, отличающиеся от характеристик зрительной системы человека. Ответы корректируются, часто с использованием фильтров. Когда фильтры включены, приборы называются цветокоррекция.
Измерители освещенности имеют дополнительную поправку, которая компенсирует направление падающего света, падающего на ячейку детектора. Приборы, способные точно измерять освещенность в разных направлениях падающего света, называются скорректированный косинусом.
Измерение индекса ослепления
Система, часто используемая в Великобритании, с вариациями в других странах, по существу представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе устанавливается нескорректированный индекс ослепления значение (УГИ). На рис. 12 приведен пример.
Рисунок 12. Фасад и вид в плане типичного интерьера, использованного в примере
Высота H — это расстояние по вертикали между центром источника света и уровнем глаз сидящего наблюдателя, которое обычно принимается равным 1.2 метра над уровнем пола. Затем основные размеры комнаты преобразуются в кратные H. Таким образом, поскольку H = 3.0 метра, длина = 4H, а ширина = 3H. Необходимо выполнить четыре отдельных расчета UGI, чтобы определить сценарий наихудшего случая в соответствии со схемами, показанными на рисунке 13.
Рис. 13. Возможные комбинации ориентации светильника и направления взгляда в интерьере, рассматриваемые в примере
Производители осветительного оборудования составляют таблицы, в которых для заданных значений отражательной способности ткани в помещении указываются значения нескорректированного индекса ослепления для каждой комбинации значений X и Y.
Второй этап процесса заключается в применении поправочных коэффициентов к значениям UGI в зависимости от значений выходного потока лампы и отклонения значения высоты (H).
Окончательное значение индекса ослепления затем сравнивается со значением предельного индекса ослепления для конкретных интерьеров, приведенным в справочных материалах, таких как CIBSE Code for Interior Lighting (1994).
Всепроникающая природа профессионального шума
Шум является одним из наиболее распространенных профессиональных вредностей. В Соединенных Штатах, например, более 9 миллионов рабочих подвергаются воздействию среднесуточных уровней шума по шкале А в 85 децибел (здесь сокращенно 85 дБА). Эти уровни шума потенциально опасны для их слуха, а также могут вызывать другие неблагоприятные последствия. Около 5.2 миллиона рабочих подвергаются воздействию шума выше этих уровней на производстве и в коммунальных службах, что составляет около 35% от общего числа рабочих в обрабатывающей промышленности США.
Опасные уровни шума легко определить, и в подавляющем большинстве случаев технологически осуществимо контролировать чрезмерный шум, применяя готовые технологии, модернизируя оборудование или процесс или модернизируя шумные машины. Но слишком часто ничего не делается. На это есть несколько причин. Во-первых, хотя многие решения по контролю шума очень недороги, другие могут быть дорогостоящими, особенно когда целью является снижение уровня шума до уровня 85 или 80 дБА.
Одной из очень важных причин отсутствия программ борьбы с шумом и сохранения слуха является то, что, к сожалению, шум часто воспринимается как «необходимое зло», часть ведения бизнеса, неизбежная часть работы на производстве. Опасный шум не вызывает кровопролития, не ломает кости, не производит ткани странного вида, и, если рабочим удается пережить первые несколько дней или недель воздействия, они часто чувствуют, что «привыкли» к шуму. Но что, скорее всего, произошло, так это то, что у них началась временная потеря слуха, которая притупляет их слуховую чувствительность в течение рабочего дня и часто проходит ночью. Таким образом, прогресс потери слуха, вызванной шумом, коварен в том смысле, что он постепенно нарастает в течение месяцев и лет, по большей части незаметно, пока не достигает масштабов инвалидности.
Еще одна важная причина, по которой опасность шума не всегда признается, заключается в том, что связанное с этим ухудшение слуха вызывает клеймо позора. Как ясно продемонстрировал Раймон Хетю в своей статье о реабилитации после потери слуха, вызванной шумом, в другом месте этого раздела. Энциклопедия, люди с нарушениями слуха часто считаются пожилыми, умственно отсталыми и в целом некомпетентными, а лица, подверженные риску возникновения нарушений, не хотят признавать свои нарушения или риск, опасаясь стигматизации. Это неблагоприятная ситуация, потому что потеря слуха, вызванная шумом, становится постоянной и, в сочетании с потерей слуха, которая естественным образом возникает с возрастом, может привести к депрессии и изоляции в среднем и пожилом возрасте. Время для принятия превентивных мер наступает до того, как начнется потеря слуха.
Сфера воздействия шума
Как упоминалось выше, шум особенно распространен в производственных отраслях. По оценкам Министерства труда США, 19.3% рабочих на производстве и в коммунальных службах подвергаются воздействию среднего ежедневного уровня шума 90 дБА и выше, 34.4% подвергаются воздействию уровней выше 85 дБА и 53.1% - более 80 дБА. Эти оценки должны быть достаточно типичными для процентной доли рабочих, подвергающихся воздействию опасного уровня шума в других странах. Уровни, вероятно, будут несколько выше в менее развитых странах, где технические средства контроля не используются так широко, и несколько ниже в странах с более сильными программами контроля шума, таких как скандинавские страны и Германия.
Многие работники во всем мире подвергаются очень опасным воздействиям, значительно превышающим 85 или 90 дБА. Например, по оценкам Министерства труда США, почти полмиллиона рабочих подвергаются воздействию среднего ежедневного уровня шума в 100 дБА и выше, а более 800,000 95 человек подвергаются воздействию шума от 100 до XNUMX дБА только в производственных отраслях.
На Рисунке 1 самые шумные производственные отрасли США ранжированы в порядке убывания в соответствии с процентной долей рабочих, подвергающихся воздействию шума выше 90 дБА, и приведены оценки рабочих, подвергающихся воздействию шума, по отраслям промышленности.
Рисунок 1. Воздействие производственного шума — опыт США
Потребности в исследованиях
Из следующих статей этой главы читателю должно стать ясно, что влияние большинства типов шума на слух хорошо известно. Критерии воздействия непрерывного, переменного и прерывистого шума были разработаны около 30 лет назад и остаются практически такими же и сегодня. Однако это не относится к импульсному шуму. При относительно низких уровнях импульсный шум кажется не более разрушительным и, возможно, менее опасным, чем непрерывный шум, при одинаковой звуковой энергии. Но при высоких уровнях звука импульсный шум оказывается более разрушительным, особенно при превышении критического уровня (или, точнее, критического воздействия). Необходимы дальнейшие исследования для более точного определения формы кривой «ущерб/риск».
Еще одной областью, требующей уточнения, является неблагоприятное воздействие шума как на слух, так и на общее состояние здоровья в сочетании с другими агентами. Хотя комбинированное воздействие шума и ототоксичных препаратов достаточно хорошо известно, сочетание шума и промышленных химикатов вызывает растущую озабоченность. Растворители и некоторые другие агенты становятся все более нейротоксичными в сочетании с высоким уровнем шума.
Во всем мире наибольшее внимание уделяется работникам обрабатывающей промышленности и вооруженных сил, подвергающимся воздействию шума. Однако многие работники горнодобывающей промышленности, строительства, сельского хозяйства и транспорта также подвергаются воздействию опасного уровня шума, как показано на рис. 1. Необходимо оценить уникальные потребности, связанные с этими видами деятельности, а также контроль шума и другие аспекты на этих работников необходимо распространить программы сохранения слуха. К сожалению, осуществление программ по сохранению слуха для рабочих, подвергающихся воздействию шума, не гарантирует предотвращения потери слуха и других неблагоприятных последствий шума. Стандартные методы оценки эффективности программ сохранения слуха существуют, но они могут быть громоздкими и широко не используются. Необходимо разработать простые методы оценки, которые могут использоваться как малыми, так и крупными компаниями, а также компаниями с минимальными ресурсами.
Технология существует для решения большинства проблем с шумом, как упоминалось выше, но существует большой разрыв между существующей технологией и ее применением. Необходимо разработать методы, с помощью которых информация о всех видах решений по контролю шума может быть распространена среди тех, кто в ней нуждается. Информация о контроле шума должна быть компьютеризирована и доступна не только пользователям в развивающихся странах, но и в промышленно развитых странах.
Будущие тенденции
В некоторых странах наблюдается растущая тенденция уделять больше внимания воздействию шума, не связанного с работой, и его вкладу в бремя вызванной шумом потери слуха. К таким источникам и занятиям относятся охота, стрельба по мишеням, шумные игрушки и громкая музыка. Этот фокус полезен тем, что выявляет некоторые потенциально важные источники ухудшения слуха, но на самом деле может быть вредным, если отвлекает внимание от серьезных проблем с профессиональным шумом.
Очень драматическая тенденция очевидна среди стран, входящих в Европейский Союз, где стандартизация шума продвигается почти замирающими темпами. Этот процесс включает в себя стандарты шума, создаваемого изделиями, а также стандарты шумового воздействия.
Процесс установления стандартов в Северной Америке идет совсем медленными темпами, особенно в Соединенных Штатах, где усилия по регулированию застопорились и возможен переход к дерегулированию. Усилия по регулированию шума новых продуктов были прекращены в 1982 году, когда Управление по шуму в Агентстве по охране окружающей среды США было закрыто, и стандарты профессионального шума могут не выдержать дерегулирования в нынешнем Конгрессе США.
Развивающиеся страны, похоже, находятся в процессе принятия и пересмотра стандартов шума. Эти стандарты имеют тенденцию к консерватизму, поскольку они движутся к допустимому пределу воздействия 85 дБА и к обменному курсу (отношение времени/интенсивности торговли) 3 дБ. Насколько хорошо эти стандарты соблюдаются, особенно в странах с развивающейся экономикой, остается открытым вопросом.
Тенденция в некоторых развивающихся странах состоит в том, чтобы сконцентрироваться на контроле шума с помощью инженерных методов, а не бороться со сложностями аудиометрического тестирования, устройств защиты слуха, обучения и ведения записей. Это представляется очень разумным подходом везде, где это возможно. Иногда может потребоваться дополнительное использование средств защиты органов слуха, чтобы снизить воздействие до безопасного уровня.
Эффекты шума
Некоторые из материалов, которые следуют ниже, были адаптированы из Suter, AH, «Шум и сохранение слуха», глава 2 в Руководстве по сохранению слуха (3-е изд.), Совет по аккредитации специалистов по сохранению слуха, Милуоки, Висконсин, США (1993 г.). ).
Потеря слуха, безусловно, является наиболее известным побочным эффектом шума и, возможно, самым серьезным, но не единственным. Другие вредные эффекты включают шум в ушах (звон в ушах), помехи в речевой коммуникации и восприятии предупредительных сигналов, нарушение работы, раздражение и внеслуховые эффекты. В большинстве случаев защита слуха работников должна защищать от большинства других воздействий. Это соображение оказывает дополнительную поддержку компаниям в реализации эффективных программ контроля шума и сохранения слуха.
нарушения слуха
Нарушение слуха, вызванное шумом, очень распространено, но его часто недооценивают, поскольку нет видимых эффектов и, в большинстве случаев, нет боли. Наблюдается лишь постепенная, прогрессирующая потеря связи с семьей и друзьями и потеря чувствительности к звукам окружающей среды, таким как пение птиц и музыка. К сожалению, хороший слух обычно воспринимается как нечто само собой разумеющееся, пока он не утрачен.
Эти потери могут быть настолько постепенными, что люди не осознают, что произошло, пока нарушение не станет инвалидностью. Первым признаком обычно является то, что другие люди говорят не так ясно, как раньше. Слабослышащему человеку приходится просить других повторять за собой, и его или ее часто раздражает их явное невнимание. Родственникам и друзьям часто говорят: «Не кричи на меня. Я слышу тебя, но я просто не понимаю, что ты говоришь».
По мере ухудшения слуха человек начинает отстраняться от социальных ситуаций. Церковь, общественные собрания, общественные мероприятия и театр начинают терять свою привлекательность, и человек предпочтет остаться дома. Громкость телевизора становится источником раздора в семье, и других членов семьи иногда выгоняют из комнаты, потому что слабослышащий человек хочет, чтобы он был таким громким.
Пресбиакузис, потеря слуха, которая естественным образом сопровождает процесс старения, усугубляется нарушением слуха, когда человек с потерей слуха, вызванной шумом, становится старше. В конце концов, потеря может прогрессировать до такой тяжелой стадии, что человек больше не может общаться с семьей или друзьями без больших трудностей, и тогда он или она действительно изолированы. В некоторых случаях может помочь слуховой аппарат, но ясность естественного слуха никогда не восстановится, как ясность зрения в очках.
Профессиональные нарушения слуха
Нарушение слуха, вызванное шумом, обычно считается профессиональным заболеванием или заболеванием, а не травмой, поскольку его прогрессирование происходит постепенно. В редких случаях у сотрудника может возникнуть немедленная необратимая потеря слуха из-за очень громкого события, такого как взрыв, или очень шумного процесса, такого как клепка стали. В этих обстоятельствах потерю слуха иногда называют травмой и называют «акустической травмой». Однако обычным обстоятельством является медленное снижение слуховой способности в течение многих лет. Степень ухудшения будет зависеть от уровня шума, продолжительности воздействия и восприимчивости отдельного работника. К сожалению, профессиональные нарушения слуха не лечатся; есть только профилактика.
Слуховые эффекты шума хорошо задокументированы, и нет особых разногласий по поводу количества непрерывного шума, который вызывает ту или иную степень потери слуха (ISO 1990). То, что прерывистый шум вызывает потерю слуха, также неоспоримо. Но периоды шума, которые прерываются периодами тишины, могут дать внутреннему уху возможность восстановиться после временной потери слуха и, следовательно, могут быть несколько менее опасными, чем непрерывный шум. Это верно в основном для занятий на открытом воздухе, но не для внутренних условий, таких как фабрики, где необходимые интервалы тишины редки (Suter 1993).
Импульсный шум, такой как шум выстрелов и штамповки металла, также повреждает слух. Имеются некоторые свидетельства того, что опасность импульсного шума более серьезна, чем опасность других типов шума (Dunn et al., 1991; Thiery and Meyer-Bisch, 1988), но это не всегда так. Величина урона будет зависеть главным образом от уровня и продолжительности импульса, и может быть хуже, когда на заднем фоне присутствует непрерывный шум. Имеются также данные о том, что высокочастотные источники импульсного шума наносят больше вреда, чем низкочастотные (Hamernik, Ahroon and Hsueh, 1991; Price, 1983).
Потеря слуха из-за шума часто вначале носит временный характер. В течение шумного дня ухо устаёт, и рабочий испытывает снижение слуха, известное как временное смещение порога (ТТС). Между концом одной рабочей смены и началом следующей ухо обычно восстанавливается после большей части ВТС, но часто часть потери остается. После нескольких дней, месяцев и лет воздействия TTS приводит к необратимым последствиям, и новые количества TTS начинают накапливаться на уже необратимых потерях. Хорошая программа аудиометрического тестирования будет пытаться идентифицировать эти временные потери слуха и предусмотреть профилактические меры до того, как потери станут постоянными.
Экспериментальные данные показывают, что некоторые промышленные агенты токсичны для нервной системы и вызывают потерю слуха у лабораторных животных, особенно в сочетании с шумом (Fechter, 1989). Эти агенты включают (1) опасные тяжелые металлы, такие как соединения свинца и триметилолово, (2) органические растворители, такие как толуол, ксилол и сероуглерод, и (3) удушающие вещества, окись углерода. Недавние исследования промышленных рабочих (Morata, 1989; Morata et al., 1991) показывают, что некоторые из этих веществ (сероуглерод и толуол) могут увеличивать разрушительный потенциал шума. Имеются также данные о том, что некоторые лекарства, уже токсичные для уха, могут усиливать вредное воздействие шума (Boettcher et al., 1987). Примеры включают некоторые антибиотики и противораковые химиотерапевтические препараты. Те, кто отвечает за программы по сохранению слуха, должны знать, что работники, подвергающиеся воздействию этих химикатов или принимающие эти препараты, могут быть более восприимчивы к потере слуха, особенно при дополнительном воздействии шума.
Непрофессиональные нарушения слуха
Важно понимать, что производственный шум является не единственной причиной вызванной шумом потери слуха среди рабочих, но потеря слуха также может быть вызвана источниками за пределами рабочего места. Эти источники шума вызывают то, что иногда называют «социокузисом», и их воздействие на слух невозможно отличить от профессиональной тугоухости. О них можно только догадываться, задавая подробные вопросы о рекреационной и другой шумной деятельности работника. Примерами социокустических источников могут быть деревообрабатывающие инструменты, цепные пилы, незаглушенные мотоциклы, громкая музыка и огнестрельное оружие. Частая стрельба из крупнокалиберного оружия (без средств защиты органов слуха) может в значительной степени способствовать потере слуха из-за шума, в то время как случайная охота из оружия меньшего калибра, скорее всего, будет безвредной.
Важность воздействия непрофессионального шума и возникающего в результате социокузиса заключается в том, что эта потеря слуха увеличивает воздействие, которое человек может получить от профессиональных источников. Ради общего здоровья слуха работников им следует рекомендовать носить адекватные средства защиты органов слуха, когда они участвуют в шумных развлекательных мероприятиях.
Звон в ушах
Звон в ушах — это состояние, которое часто сопровождает как временную, так и постоянную потерю слуха из-за шума, а также другие виды нейросенсорной тугоухости. Шум в ушах, часто называемый «звоном в ушах», может варьироваться от легкого в одних случаях до сильного в других. Иногда люди сообщают, что их больше беспокоит шум в ушах, чем нарушение слуха.
Люди с шумом в ушах чаще всего замечают его в тихих условиях, например, когда пытаются заснуть ночью или когда сидят в звуконепроницаемой кабине и проходят аудиометрический тест. Это признак раздражения сенсорных клеток внутреннего уха. Часто это предвестник потери слуха, вызванной шумом, и поэтому является важным предупредительным сигналом.
Коммуникационные помехи и безопасность
Тот факт, что шум может мешать или «маскировать» речевое общение и предупреждающие сигналы, является лишь здравым смыслом. Многие производственные процессы можно очень хорошо выполнять при минимальном общении между рабочими. Однако другие профессии, например пилоты авиалиний, инженеры-железнодорожники, командиры танков и многие другие, в значительной степени зависят от речевого общения. Некоторые из этих рабочих используют электронные системы, которые подавляют шум и усиливают речь. В настоящее время доступны сложные системы связи, некоторые из которых оснащены устройствами, подавляющими нежелательные акустические сигналы, что упрощает общение.
Во многих случаях рабочим просто приходится обходиться, напрягаясь, чтобы понять сообщения, перекрывающие шум, и перекрикивая его или сигнализируя. Иногда у людей может развиться охриплость или даже голосовые узелки или другие аномалии голосовых связок из-за чрезмерного напряжения. Эти люди могут нуждаться в медицинской помощи.
Люди на собственном опыте знают, что при уровне шума выше 80 дБА им приходится говорить очень громко, а при уровне шума выше 85 дБА — кричать. На уровнях намного выше 95 дБА они должны двигаться близко друг к другу, чтобы вообще общаться. Специалисты по акустике разработали методы для прогнозирования количества коммуникаций, которые могут иметь место в производственных ситуациях. Результирующие прогнозы зависят от акустических характеристик шума и речи (или другого полезного сигнала), а также от расстояния между говорящим и слушающим.
Общеизвестно, что шум может мешать безопасности, но эта проблема документально подтверждена лишь в нескольких исследованиях (например, Moll van Charante and Mulder 1990; Wilkins and Acton 1982). Однако было много сообщений о рабочих, которые застряли одеждой или руками в машинах и получили серьезные травмы, в то время как их коллеги не обращали внимания на их крики о помощи. Чтобы предотвратить сбои связи в шумной обстановке, некоторые работодатели установили устройства визуального оповещения.
Еще одна проблема, которую в большей степени осознают сами рабочие, подвергающиеся воздействию шума, чем специалисты по охране слуха и гигиене труда, заключается в том, что средства защиты органов слуха иногда могут мешать восприятию речи и предупреждающих сигналов. Это, по-видимому, верно, главным образом, когда у пользователей уже есть проблемы со слухом, а уровень шума падает ниже 90 дБА (Suter 1992). В этих случаях у работников есть вполне законная озабоченность по поводу ношения средств защиты органов слуха. Важно быть внимательным к их опасениям и либо внедрить инженерный контроль шума, либо улучшить предлагаемую защиту, например, предохранители, встроенные в электронную систему связи. Кроме того, теперь доступны средства защиты органов слуха с более плоской частотной характеристикой с более высокой точностью, что может улучшить способность рабочих понимать речь и предупреждающие сигналы.
Влияние на производительность труда
Влияние шума на производительность труда изучалось как в лаборатории, так и в реальных условиях труда. Результаты показали, что шум обычно мало влияет на выполнение повторяющейся монотонной работы, а в некоторых случаях даже может повысить производительность труда при низком или умеренном уровне шума. Высокий уровень шума может снизить производительность труда, особенно если задача сложная или требует одновременного выполнения нескольких действий. Прерывистый шум имеет тенденцию быть более разрушительным, чем непрерывный шум, особенно когда периоды шума непредсказуемы и неконтролируемы. Некоторые исследования показывают, что люди с меньшей вероятностью будут помогать друг другу и с большей вероятностью будут проявлять антиобщественное поведение в шумной обстановке, чем в тихой. (Подробный обзор влияния шума на производительность труда см. в Suter 1992).
досада
Хотя термин «раздражение» чаще связан с проблемами шума в населенных пунктах, таких как аэропорты или гоночные трассы, промышленные рабочие также могут испытывать раздражение или раздражение из-за шума на своем рабочем месте. Это раздражение может быть связано с описанным выше вмешательством в речевое общение и выполнение работы, но также может быть связано с тем, что многие люди испытывают отвращение к шуму. Иногда отвращение к шуму бывает настолько сильным, что рабочий будет искать работу в другом месте, но такая возможность не всегда осуществима. После периода адаптации большинство из них не будут так сильно беспокоиться, но они все еще могут жаловаться на усталость, раздражительность и бессонницу. (Регулировка будет более успешной, если молодые работники с самого начала должным образом будут носить средства защиты органов слуха, прежде чем у них разовьется потеря слуха.) Интересно, что такая информация иногда всплывает на поверхность. после компания запускает программу контроля шума и сохранения слуха, потому что рабочие осознают контраст между более ранними и впоследствии улучшенными условиями.
Внеслуховые эффекты
Как биологический стрессор шум может воздействовать на всю физиологическую систему. Шум действует так же, как и другие стрессоры, заставляя организм реагировать таким образом, что в долгосрочной перспективе это может быть вредным и привести к расстройствам, известным как «стрессовые болезни». Столкнувшись с опасностью в первобытные времена, тело претерпевало ряд биологических изменений, готовясь либо к борьбе, либо к бегству (классическая реакция «бей или беги»). Имеются данные о том, что эти изменения все еще сохраняются при воздействии громкого шума, даже если человек может чувствовать себя «приспособленным» к шуму.
Большинство из этих эффектов кажутся преходящими, но при длительном воздействии некоторые побочные эффекты у лабораторных животных становятся хроническими. Несколько исследований промышленных рабочих также указывают на это направление, в то время как некоторые исследования не показывают значительных эффектов (Rehm, 1983; van Dijk, 1990). Доказательства, вероятно, наиболее убедительны в отношении сердечно-сосудистых эффектов, таких как повышение артериального давления или изменения в химическом составе крови. Значительная серия лабораторных исследований на животных показала хроническое повышение уровня артериального давления в результате воздействия шума от 85 до 90 дБА, которое не возвращалось к исходному уровню после прекращения воздействия (Петерсон и др., 1978, 1981 и 1983).
Исследования биохимического состава крови показывают повышенный уровень катехоламинов адреналина и норадреналина из-за воздействия шума (Rehm, 1983), а серия экспериментов, проведенных немецкими исследователями, выявила связь между воздействием шума и метаболизмом магния у людей и животных (Ising and Kruppa). 1993). Современное мнение гласит, что внеслуховые эффекты шума, скорее всего, опосредованы психологически через отвращение к шуму, что очень затрудняет получение зависимости доза-реакция. (Всесторонний обзор этой проблемы см. в Ising and Kruppa 1993.)
Поскольку внеслуховые эффекты шума опосредованы слуховой системой, а это означает, что необходимо слышать шум, чтобы возникали неблагоприятные последствия, правильно подобранные средства защиты органов слуха должны снизить вероятность этих эффектов точно так же, как и при потере слуха. .
Для предотвращения неблагоприятного воздействия шума на работников следует уделить внимание выбору соответствующих приборов, методов измерения и процедур оценки воздействия на работников. Важно правильно оценивать различные виды шумового воздействия, такие как непрерывный, периодический и импульсный шум, различать шумовые среды с разным частотным спектром, а также учитывать разнообразие рабочих ситуаций, таких как кузнечно-ковочные цеха, помещения, в которых размещаются воздушные компрессоры, процессы ультразвуковой сварки и т. д. Основными целями измерения шума в производственных условиях являются (1) выявление переэкспонированных рабочих и количественная оценка их воздействия и (2) оценка необходимости как технического контроля шума, так и других указанных типов контроля. Другими способами измерения шума являются оценка эффективности конкретных средств контроля шума и определение фоновых уровней в аудиометрических помещениях.
Измерительные приборы
К приборам для измерения шума относятся шумомеры, дозиметры шума и вспомогательное оборудование. Основным прибором является шумомер, электронный прибор, состоящий из микрофона, усилителя, различных фильтров, устройства возведения в квадрат, экспоненциального усреднителя и отсчета, откалиброванного в децибелах (дБ). Измерители уровня звука классифицируются по их точности: от наиболее точных (тип 0) до наименее (тип 3). Тип 0 обычно используется в лаборатории, тип 1 используется для других прецизионных измерений уровня звука, тип 2 — это измеритель общего назначения, а тип 3, измерительный измеритель, не рекомендуется для промышленного использования. Рисунок 1 и рисунок 2 иллюстрируют шумомер.
Рисунок 1. Шумомер — проверка калибровки. Предоставлено Ларсоном Дэвисом
Рис. 2. Шумомер с ветрозащитой. Предоставлено Ларсоном Дэвисом
Спецификации шумомеров можно найти в национальных и международных стандартах, таких как Международная организация по стандартизации (ISO), Международная электротехническая комиссия (IEC) и Американский национальный институт стандартов (ANSI). Публикации IEC IEC 651 (1979) и IEC 804 (1985) относятся к шумомерам типов 0, 1 и 2 с частотными коэффициентами A, B и C, а также к «медленным», «быстрым» и «импульсным». постоянные времени. ANSI S1.4-1983 с поправками, внесенными ANSI S1.4A-1985, также содержит спецификации для шумомеров.
Для облегчения более детального акустического анализа к современным шумомерам могут быть присоединены или включены в комплекты фильтров с полной октавной полосой и полосой 1/3 октавы. В настоящее время шумомеры становятся все более компактными и простыми в использовании, в то же время возможности их измерения расширяются.
Для измерения воздействия нестационарного шума, например, возникающего в условиях прерывистого или импульсного шума, удобнее всего использовать интегрирующий шумомер. Эти измерители могут одновременно измерять эквивалентный, пиковый и максимальный уровни звука, а также автоматически рассчитывать, регистрировать и сохранять несколько значений. Измеритель дозы шума или «дозиметр» представляет собой встроенный измеритель уровня звука, который можно носить в кармане рубашки или прикреплять к одежде рабочего. Данные дозиметра шума могут быть компьютеризированы и распечатаны.
Важно следить за тем, чтобы приборы для измерения шума всегда были должным образом откалиброваны. Это означает акустическую проверку калибровки прибора до и после ежедневного использования, а также проведение электронных оценок через соответствующие промежутки времени.
Методы измерения
Используемые методы измерения шума зависят от целей измерения, а именно, для оценки следующего:
Международный стандарт ISO 2204 дает три типа методов измерения шума: (1) метод обследования, (2) инженерный метод и (3) прецизионный метод.
Метод опроса
Этот метод требует наименьшего количества времени и оборудования. Уровни шума рабочей зоны измеряются шумомером с использованием ограниченного числа точек измерения. Хотя подробный анализ акустической среды не проводился, следует учитывать временные факторы, например, является ли шум постоянным или прерывистым, и как долго рабочие подвергаются его воздействию. Сеть A-взвешивания обычно используется в методе опроса, но когда преобладает низкочастотный компонент, может быть уместна сеть C-взвешивания или линейный отклик.
Инженерный метод
При использовании этого метода измерения уровня звука по шкале А или измерения с использованием других сетей взвешивания дополняются измерениями с использованием полнооктавных или 1/3-октавных полосовых фильтров. Количество точек измерения и частотные диапазоны выбираются в соответствии с задачами измерения. Временные факторы должны быть снова зарегистрированы. Этот метод полезен для оценки помех речевой коммуникации путем расчета уровней речевых помех (SIL), а также для разработки программ снижения шума и для оценки слуховых и неслуховых эффектов шума.
Прецизионный метод
Этот метод необходим для сложных ситуаций, когда необходимо максимально подробное описание проблемы шума. Общие измерения уровня звука дополняются измерениями в полосе полной октавы или 1/3 октавы, а временные графики записываются для соответствующих временных интервалов в соответствии с продолжительностью и колебаниями шума. Например, может быть необходимо измерить пиковые уровни звука импульсов с помощью прибора, находящегося в режиме удержания пика, или измерить уровни инфразвука или ультразвука, требующие специальных возможностей измерения частоты, направленности микрофона и т. д.
Те, кто использует прецизионный метод, должны убедиться, что динамический диапазон прибора достаточно велик, чтобы предотвратить «перерегулирование» при измерении импульсов, и что частотная характеристика должна быть достаточно широкой, если измеряется инфразвук или ультразвук. Прибор должен быть способен измерять частоты от 2 Гц для инфразвука и по крайней мере до 16 кГц для ультразвука с микрофонами достаточно малого размера.
Следующие шаги «здравого смысла» могут быть полезны для начинающих шумомеров:
Если измерения проводятся на открытом воздухе, следует отметить соответствующие метеорологические данные, такие как ветер, температура и влажность, если они считаются важными. Ветрозащитный экран всегда следует использовать для измерений на открытом воздухе и даже для некоторых измерений в помещении. Всегда следует соблюдать инструкции производителя, чтобы избежать влияния таких факторов, как ветер, влага, пыль, электрические и магнитные поля, которые могут повлиять на показания.
Процедуры измерения
Существует два основных подхода к измерению шума на рабочем месте:
Оценка воздействия на рабочих
Чтобы оценить риск потери слуха в результате воздействия определенного шума, читатель должен ознакомиться с международным стандартом ISO 1999 (1990). Стандарт содержит пример такой оценки риска в Приложении D.
Шумовое воздействие следует измерять вблизи уха работника, и при оценке относительной опасности воздействия на рабочих следует вычитать не быть сделано для ослабления, обеспечиваемого устройствами защиты органов слуха. Причина этого предостережения заключается в том, что существуют убедительные доказательства того, что затухание, обеспечиваемое средствами защиты органов слуха при их ношении на работе, часто составляет менее половины затухания, оцененного производителем. Причина этого в том, что данные производителя получены в лабораторных условиях, и эти устройства обычно не так эффективно подгоняются и носятся в полевых условиях. В настоящее время не существует международного стандарта для оценки ослабления шумозащитных наушников при их ношении в полевых условиях, но хорошим эмпирическим правилом будет деление лабораторных значений пополам.
В некоторых случаях, особенно когда речь идет о сложных задачах или работах, требующих концентрации внимания, может быть важно свести к минимуму стресс или усталость, связанные с воздействием шума, приняв меры по снижению уровня шума. Это может быть справедливо даже для умеренных уровней шума (ниже 85 дБА), когда риск ухудшения слуха невелик, но шум раздражает или утомляет. В таких случаях может быть полезно выполнить оценку громкости, используя ISO 532 (1975), Метод расчета уровня громкости.
Помехи в речевой коммуникации можно оценить в соответствии с ISO 2204 (1979) с использованием «индекса артикуляции» или, проще говоря, путем измерения уровней звука в октавных полосах с центральными частотами 500, 1,000 и 2,000 Гц, что дает «уровень речевых помех». .
Критерии воздействия
Выбор критериев воздействия шума зависит от преследуемой цели, такой как предотвращение потери слуха или предотвращение стресса и усталости. Максимально допустимое воздействие с точки зрения среднесуточных уровней шума варьируется в зависимости от страны от 80 до 85 и 90 дБА при торговых параметрах (обменных курсах) 3, 4 или 5 дБА. В некоторых странах, например в России, допустимые уровни шума устанавливаются от 50 до 80 дБА в зависимости от вида выполняемой работы и с учетом умственной и физической нагрузки. Например, допустимые уровни для работы за компьютером или выполнения сложной канцелярской работы составляют от 50 до 60 дБА. (Для получения дополнительной информации о критериях воздействия см. статью «Стандарты и нормы» в этой главе.)
В идеале, наиболее эффективным средством борьбы с шумом является предотвращение проникновения источника шума в окружающую среду предприятия, в первую очередь путем внедрения эффективной программы «Покупай тишину» для оснащения рабочего места оборудованием, спроектированным с низким уровнем шума. Для выполнения такой программы необходимо разработать четкое, хорошо написанное изложение спецификаций по ограничению шумовых характеристик нового оборудования, установок и процессов с учетом опасности шума. Хорошая программа также включает мониторинг и техническое обслуживание.
После установки оборудования и выявления избыточного шума с помощью измерений уровня звука проблема контроля шума становится более сложной. Тем не менее, существуют инженерные средства управления, которые можно модернизировать для существующего оборудования. Кроме того, для каждой проблемы обычно существует более одного варианта контроля шума. Таким образом, для лица, управляющего программой контроля шума, становится важным определить наиболее осуществимые и экономичные средства снижения шума в каждой конкретной ситуации.
Борьба с шумом на заводе и в дизайне продукта
Использование письменных спецификаций для определения требований к оборудованию, его установке и приемке является стандартной практикой в современных условиях. Одна из главных возможностей в области контроля шума, доступных заводскому проектировщику, — это возможность влиять на выбор, покупку и компоновку нового оборудования. При правильном написании и управлении реализация программы «Купи тишину» посредством закупочных спецификаций может оказаться эффективным средством борьбы с шумом.
Наиболее активный подход к контролю шума на этапе проектирования объекта и закупки оборудования существует в Европе. В 1985 году двенадцать государств-членов Европейского сообщества (ЕС) — ныне Европейского союза (ЕС) — приняли директивы «Нового подхода», предназначенные для широкого класса оборудования или машин, а не для отдельных стандартов для каждого типа оборудования. К концу 1994 г. было издано три директивы «Нового подхода», содержащие требования по шуму. Эти Директивы:
Первый из перечисленных выше пунктов (89/392/EEC) обычно называют Директивой по машинному оборудованию. Эта Директива обязывает производителей оборудования включать контроль шума в качестве неотъемлемой части безопасности машины. Основная цель этих мер заключается в том, что машины или оборудование, предназначенные для продажи в ЕС, должны удовлетворять основным требованиям в отношении шума. В результате с конца 1980-х годов производители, заинтересованные в маркетинге в ЕС, уделяли большое внимание разработке малошумного оборудования.
Для компаний за пределами ЕС, пытающихся внедрить добровольную программу «Покупай тихо», степень достигнутого успеха во многом зависит от сроков и приверженности всей управленческой иерархии. Первым шагом в программе является установление приемлемых критериев шума для строительства нового завода, расширения существующего объекта и покупки нового оборудования. Чтобы программа была эффективной, указанные пределы шума должны рассматриваться как покупателем, так и продавцом как абсолютное требование. Когда продукт не соответствует другим параметрам конструкции оборудования, таким как размер, скорость потока, давление, допустимое повышение температуры и т. д., руководство компании считает его неприемлемым. Это то же самое обязательство, которое необходимо соблюдать в отношении уровней шума, чтобы добиться успеха в программе «Покупай тихо».
Что касается упомянутого выше временного аспекта, то чем раньше в процессе проектирования будут рассмотрены шумовые аспекты проекта или покупки оборудования, тем выше вероятность успеха. Во многих случаях у заводского проектировщика или покупателя оборудования есть выбор типов оборудования. Знание шумовых характеристик различных вариантов позволит ему или ей указать более тихие варианты.
Помимо выбора оборудования, важное значение имеет раннее участие в проектировании размещения оборудования на заводе. Очевидно, что перемещение оборудования на бумаге на этапе проектирования проекта намного проще, чем его физическое перемещение позже, особенно после того, как оборудование находится в эксплуатации. Простое правило, которому нужно следовать, состоит в том, чтобы машины, процессы и рабочие зоны имели примерно одинаковый уровень шума вместе; и отделить особо шумные и особенно тихие районы буферными зонами со средним уровнем шума.
Валидация критериев шума в качестве абсолютного требования требует совместных усилий персонала компании из таких отделов, как инженерный, юридический, отдел закупок, промышленной гигиены и охраны окружающей среды. Например, отделы промышленной гигиены, безопасности и/или персонала могут определять желаемые уровни шума для оборудования, а также проводить акустические исследования для квалификации оборудования. Далее инженеры компании могут написать спецификацию на закупку, а также выбрать бесшумные типы оборудования. Агент по закупкам, скорее всего, будет управлять контрактом и полагаться на представителей юридического отдела для помощи в обеспечении соблюдения. Участие всех этих сторон должно начинаться с самого начала проекта и продолжаться через запросы на финансирование, планирование, проектирование, торги, установку и ввод в эксплуатацию.
Даже самая тщательная и краткая спецификация не имеет большого значения, если бремя соблюдения требований не возлагается на поставщика или производителя. Для определения средств определения соответствия необходимо использовать четкие формулировки контракта. Следует ознакомиться с процедурами компании, разработанными для введения гарантий, и соблюдать их. Может быть желательно включить положения о штрафных санкциях за несоблюдение. Важнейшее место в стратегии правоприменения занимает обязательство покупателя следить за тем, чтобы требования выполнялись. Компромисс по критериям шума в обмен на стоимость, срок поставки, производительность или другие уступки должен быть исключением, а не правилом.
В Соединенных Штатах ANSI опубликовал стандарт ANSI S12.16: Руководство по спецификации шума нового оборудования (1992). Этот стандарт является полезным руководством для написания внутренней спецификации компании по шуму. Кроме того, в этом стандарте содержится руководство по получению данных об уровне звука от производителей оборудования. После получения от производителя данные могут быть использованы проектировщиками предприятия при планировании компоновки оборудования. Из-за различных типов различного оборудования и инструментов, для которых был подготовлен настоящий стандарт, не существует единого протокола обследования, подходящего для измерения данных об уровне звука. В результате, этот стандарт содержит справочную информацию о соответствующей процедуре измерения звука для тестирования различного стационарного оборудования. Эти процедуры обследования были подготовлены соответствующей торговой или профессиональной организацией в Соединенных Штатах, ответственной за определенный тип или класс оборудования.
Модернизация существующего оборудования
Прежде чем решить, что нужно сделать, необходимо определить основную причину шума. С этой целью полезно иметь представление о том, как генерируется шум. Шум создается большей частью механическими ударами, высокоскоростным потоком воздуха, высокоскоростным потоком жидкости, вибрирующими поверхностями машин и нередко самим изготавливаемым продуктом. Что касается последнего пункта, то в производственных и перерабатывающих отраслях, таких как производство металлов, производство стекла, пищевая промышленность, горнодобывающая промышленность и т. д., часто бывает так, что взаимодействие между продуктом и машинами передает энергию, которая создает шум.
Идентификация источника
Одним из наиболее сложных аспектов борьбы с шумом является идентификация фактического источника. В типичной промышленной среде обычно одновременно работает несколько машин, что затрудняет определение основной причины шума. Это особенно верно, когда стандартный шумомер (SLM) используется для оценки акустической среды. SLM обычно обеспечивает уровень звукового давления (SPL) в определенном месте, что, скорее всего, является результатом более чем одного источника шума. Таким образом, геодезист обязан использовать систематический подход, который поможет выделить отдельные источники и их относительный вклад в общий SPL. Для определения происхождения или источника шума могут использоваться следующие методы обследования:
Одним из наиболее эффективных методов локализации источника шума является измерение его частотного спектра. После того, как данные измерены, очень полезно нанести результаты на график, чтобы можно было визуально наблюдать за характеристиками источника. Для решения большинства задач по снижению шума измерения могут быть выполнены либо с фильтрами полной (1/1), либо с третьоктавными (1/3) полосами частот, используемыми с SLM. Преимущество измерения в полосе 1/3 октавы заключается в том, что оно дает более подробную информацию о том, что исходит от части оборудования. На рис. 1 показано сравнение измерений в полосе 1/1 и 1/3 октавы, проведенных рядом с насосом с девятью поршнями. Как показано на этом рисунке, данные 1/3-октавного диапазона четко идентифицируют частоту накачки и многие ее гармоники. Если использовать данные только 1/1 или всей октавной полосы, как показано сплошной линией и нанесено на каждой центральной частоте на рисунке 1, становится труднее диагностировать, что происходит внутри насоса. С данными в полосе 1/1 октавы имеется в общей сложности девять точек данных между 25 Гц (Гц) и 10,000 27 Гц, как показано на этом рисунке. Однако в этом частотном диапазоне имеется в общей сложности 1 точек данных с использованием измерений в полосе 3/1 октавы. Очевидно, что данные в полосе 3/1 октавы предоставят более полезные данные для определения основной причины шума. Эта информация имеет решающее значение, если целью является контроль шума в источнике. Если интерес представляет только тракт, по которому передаются звуковые волны, то данных в полосе 1/XNUMX октавы будет достаточно для целей выбора акустически подходящих продуктов или материалов.
Рисунок 1. Сравнение данных в полосах 1/1 и 1/3 октавы.
На рис. 2 показано сравнение между спектром в 1/3 октавы, измеренным на расстоянии 3 фута от перепускной трубы компрессора жидкостного чиллера, и фоновым уровнем, измеренным примерно на расстоянии 25 футов (обратите внимание на приблизительные значения, приведенные в сноске). Эта позиция представляет собой общую область, где сотрудники обычно проходят через это помещение. По большей части компрессорная обычно не занята рабочими. Единственное исключение существует, когда обслуживающий персонал ремонтирует или капитально ремонтирует другое оборудование в помещении. Помимо компрессора, в этой области работает еще несколько крупных машин. Для облегчения идентификации первичных источников шума было измерено несколько частотных спектров рядом с каждым из элементов оборудования. Когда каждый спектр сравнивали с данными в фоновом положении на пешеходной дорожке, только перепускная труба компрессорного агрегата демонстрировала подобную форму спектра. Следовательно, можно сделать вывод, что это основной источник шума, контролирующий уровень, измеренный на проходе для сотрудников. Как показано на рис. 2, с помощью данных о частоте, измеренных рядом с оборудованием, и графического сравнения отдельных источников с данными, записанными на рабочих местах сотрудников или в других представляющих интерес областях, часто можно определить доминирующие источники шумов. ясно.
Рис. 2. Сравнение перекрестной трубы с фоновым уровнем
Когда уровень звука колеблется, как в случае циклического оборудования, полезно измерить общий уровень звука по шкале А в зависимости от времени. С помощью этой процедуры важно наблюдать и документировать, какие события происходят с течением времени. На рис. 3 показан уровень звука, измеренный на рабочем месте оператора в течение одного полного машинного цикла. Процесс, изображенный на рисунке 3, представляет собой процесс упаковочной машины, время цикла которой составляет приблизительно 95 секунд. Как показано на рисунке, максимальный уровень шума 96.2 дБА возникает при выпуске сжатого воздуха на 33-й секунде машинного цикла. Другие важные события также отмечены на рисунке, что позволяет определить источник и относительный вклад каждого действия в течение полного цикла обмотки.
Рисунок 3. Рабочая станция оператора упаковки
В промышленных условиях, где имеется несколько технологических линий с одним и тем же оборудованием, целесообразно сравнить данные о частоте для аналогичного оборудования друг с другом. На рис. 4 показано сравнение двух аналогичных технологических линий, каждая из которых производит один и тот же продукт и работает с одинаковой скоростью. Часть процесса включает в себя использование устройства с пневматическим приводом, которое пробивает полудюймовое отверстие в продукте на заключительном этапе его производства. Анализ этого рисунка ясно показывает, что общий уровень звука в линии №1 на 5 дБА выше, чем в линии №2. Кроме того, спектр, изображенный для линии №1, содержит основную частоту и множество гармоник, которых нет в спектре линии №2. Следовательно, необходимо исследовать причину этих различий. Часто существенные различия указывают на необходимость технического обслуживания, как это было с последним механизмом пробивки линии № 2. Однако эта конкретная проблема шума потребует дополнительных мер контроля, поскольку общий уровень шума на линии №1 все еще относительно высок. Но смысл этого метода обследования заключается в выявлении различных проблем с шумом, которые могут существовать между аналогичными единицами оборудования и процессов, которые можно легко устранить с помощью эффективного технического обслуживания или других корректировок.
Рисунок 4. Окончательная операция штамповки для идентичных технологических линий
Как упомянуто выше, SLM обычно обеспечивает SPL, который включает акустическую энергию от одного или нескольких источников шума. При оптимальных условиях измерения лучше всего измерять каждую единицу оборудования при выключенном остальном оборудовании. Хотя эта ситуация является идеальной, редко бывает целесообразно останавливать установку, чтобы изолировать конкретный источник. Чтобы обойти это ограничение, часто эффективно использовать временные меры контроля с некоторыми источниками шума, которые обеспечат некоторое кратковременное снижение шума, чтобы можно было измерить другой источник. Некоторые доступные материалы, которые могут обеспечить временное уменьшение, включают фанерные ограждения, акустические покрытия, глушители и барьеры. Часто постоянное применение этих материалов создает долговременные проблемы, такие как накопление тепла, помехи доступу оператора или потоку продукта, или дорогостоящие перепады давления, связанные с неправильно выбранными глушителями. Однако для помощи в выделении отдельных компонентов эти материалы могут быть эффективными в качестве краткосрочного контроля.
Другой метод, доступный для изоляции конкретной машины или компонента, состоит в том, чтобы включать и выключать различное оборудование или участки производственной линии. Для эффективного проведения этого типа диагностического анализа процесс должен быть способен функционировать при отключенном выбранном элементе. Далее, для того, чтобы эта процедура была законной, крайне важно, чтобы производственный процесс никоим образом не затрагивался. Если процесс затронут, то вполне возможно, что измерение не будет репрезентативным для уровня шума при нормальных условиях. Наконец, все достоверные данные могут быть затем ранжированы по величине общего значения дБА, чтобы помочь определить приоритет оборудования для инженерного контроля шума.
Выбор подходящих параметров шумоподавления
После того, как причина или источник шума идентифицирована и известно, как он распространяется на рабочие зоны сотрудников, следующим шагом будет решение о том, какие могут быть доступные варианты контроля шума. Стандартная модель, используемая в отношении контроля почти любой опасности для здоровья, заключается в изучении различных вариантов контроля, применимых к источнику, пути и получателю. В некоторых ситуациях управления одним из этих элементов будет достаточно. Однако при других обстоятельствах может потребоваться обработка более чем одного элемента для получения приемлемой шумовой среды.
Первым шагом в процессе борьбы с шумом должна быть попытка какой-либо обработки источника. По сути, модификация источника устраняет первопричину проблемы шума, в то время как контроль пути передачи звука с помощью барьеров и ограждений устраняет только симптомы шума. В тех ситуациях, когда в машине имеется несколько источников и цель состоит в том, чтобы обработать источник, необходимо рассмотреть все механизмы, генерирующие шум, покомпонентно.
В случае чрезмерного шума, создаваемого механическими ударами, исследуемые варианты контроля могут включать методы снижения движущей силы, уменьшения расстояния между компонентами, балансировки вращающегося оборудования и установки виброизоляционных фитингов. Что касается шума, возникающего от высокоскоростного воздушного потока или потока жидкости, основная модификация заключается в снижении скорости среды, если предположить, что это осуществимый вариант. Иногда скорость можно уменьшить, увеличив площадь поперечного сечения рассматриваемого трубопровода. Препятствия в трубопроводе должны быть устранены, чтобы обеспечить обтекаемый поток, что, в свою очередь, уменьшит колебания давления и турбулентность в транспортируемой среде. Наконец, установка глушителя или глушителя подходящего размера может обеспечить значительное снижение общего шума. Следует проконсультироваться с производителем глушителя для помощи в выборе надлежащего устройства, исходя из рабочих параметров и ограничений, установленных покупателем.
Когда вибрирующие участки поверхности машины действуют как резонатор для воздушного шума, варианты управления включают снижение движущей силы, связанной с шумом, создание меньших участков из больших площадей поверхности, перфорацию поверхности, увеличение жесткости подложки. или масса, а также применение демпфирующего материала или виброизоляционных фитингов. Что касается использования виброизоляционных и демпфирующих материалов, следует проконсультироваться с производителем продукта для получения помощи в выборе соответствующих материалов и процедур установки. Наконец, во многих отраслях фактически производимый продукт часто является эффективным излучателем воздушного шума. В этих ситуациях важно оценить способы надежного крепления или лучшей поддержки продукта во время изготовления. Еще одна мера контроля шума, которую необходимо исследовать, заключается в снижении силы удара между машиной и продуктом, между частями самого продукта или между отдельными элементами продукта.
Часто перепроектирование процесса или оборудования и модификация источника могут оказаться неосуществимыми. Кроме того, могут возникнуть ситуации, когда выявить первопричину шума практически невозможно. Когда существует любая из этих ситуаций, использование мер контроля для обработки пути передачи звука было бы эффективным средством для снижения общего уровня шума. Двумя основными мерами по снижению выбросов при обработке дорожек являются акустические ограждения и барьеры.
Разработка акустических корпусов на современном рынке идет полным ходом. Как готовые, так и изготовленные на заказ корпуса доступны от нескольких производителей. Чтобы приобрести соответствующую систему, покупателю необходимо предоставить информацию о текущем общем уровне шума (и, возможно, данные о частоте), размерах оборудования, цели снижения шума, потребности в потоке продукции и доступе сотрудников, и любые другие эксплуатационные ограничения. Затем продавец сможет использовать эту информацию, чтобы выбрать товар из наличия или изготовить корпус по индивидуальному заказу, чтобы удовлетворить потребности покупателя.
Во многих ситуациях может оказаться более экономичным спроектировать и построить корпус, чем покупать коммерческую систему. При проектировании корпусов необходимо учитывать множество факторов, если корпус должен быть удовлетворительным как с акустической, так и с производственной точек зрения. Конкретные рекомендации по проектированию корпуса следующие:
Размеры корпуса. Критических указаний по размеру или размерам корпуса не существует. Лучше всего следовать правилу больше лучше. Крайне важно, чтобы был обеспечен достаточный зазор, чтобы оборудование могло выполнять все предполагаемые движения, не касаясь корпуса.
Стена ограждения. Снижение шума, обеспечиваемое кожухом, зависит от материалов, используемых в конструкции стен, и от того, насколько плотно закрыт кожух. Выбор подходящих материалов для стен ограждения должен определяться с использованием следующих эмпирических правил (Moreland 1979):
TLтребуется=NR+20 дБА
TLтребуется=NR+15 дБА
TLтребуется=NR+10 дБА.
В этих выражениях TLтребуется — потери при передаче, требуемые стеной или панелью ограждения, а NR — желаемое снижение шума для достижения поставленной цели.
Уплотнения. Для максимальной эффективности все стыки стен корпуса должны быть плотно пригнаны. Отверстия вокруг проходов труб, электропроводки и т. д. должны быть герметизированы незастывающей мастикой, такой как силиконовый герметик.
Внутреннее всасывание. Для поглощения и рассеивания акустической энергии внутренняя поверхность корпуса должна быть облицована звукопоглощающим материалом. Для выбора соответствующего материала следует использовать частотный спектр источника. Опубликованные производителем данные о поглощении служат основой для подбора материала к источнику шума. Важно, чтобы максимальные коэффициенты поглощения соответствовали тем частотам источника, которые имеют самые высокие уровни звукового давления. Поставщик или производитель продукта также может помочь с выбором наиболее эффективного материала на основе частотного спектра источника.
Изоляция корпуса. Важно, чтобы конструкция корпуса была отделена или изолирована от оборудования, чтобы механическая вибрация не передавалась на сам корпус. Когда части машины, такие как проходы для труб, соприкасаются с корпусом, важно установить виброизоляционные фитинги в точке контакта, чтобы замкнуть любой потенциальный путь передачи. Наконец, если машина вызывает вибрацию пола, основание ограждения также следует обработать виброизоляционным материалом.
Обеспечение товарного потока. Как и в случае с большинством производственного оборудования, потребуется перемещать продукт в корпус и из него. Использование акустически облицованных каналов или туннелей может обеспечить поток продукта и при этом обеспечить звукопоглощение. Чтобы свести к минимуму утечку шума, рекомендуется, чтобы все проходы были в три раза длиннее, чем внутренняя ширина наибольшего размера отверстия туннеля или канала.
Предоставление рабочего доступа. Двери и окна могут быть установлены для обеспечения физического и визуального доступа к оборудованию. Крайне важно, чтобы все окна имели, по крайней мере, те же характеристики потерь при передаче, что и стены ограждения. Далее, все дверцы доступа должны плотно закрываться по всем краям. Для предотвращения работы оборудования при открытых дверях рекомендуется включить систему блокировки, которая разрешает работу только при полностью закрытых дверях.
Вентиляция корпуса. Во многих приложениях для корпусов будет происходить чрезмерное накопление тепла. Для прохождения охлаждающего воздуха через кожух на выпускном или нагнетательном канале необходимо установить вентилятор производительностью от 650 до 750 кубических футов/метров. Наконец, впускные и выпускные каналы должны быть облицованы абсорбирующим материалом.
Защита абсорбирующего материала. Чтобы предотвратить загрязнение абсорбирующего материала, поверх абсорбирующей подкладки следует нанести брызгозащитный экран. Это должен быть очень легкий материал, такой как пластиковая пленка толщиной в один мил. Поглощающий слой должен быть сохранен просечно-вытяжным листом, перфорированным металлическим листом или метизной тканью. Облицовочный материал должен иметь открытую площадь не менее 25%.
Альтернативным способом обработки пути передачи звука является использование акустического барьера для блокировки или экранирования приемника (рабочего, подверженного риску шума) от прямого пути звука. Акустический барьер представляет собой материал с высокими потерями при передаче, например сплошную перегородку или стену, вставленную между источником шума и приемником. Блокируя прямой путь к источнику, барьер заставляет звуковые волны достигать приемника за счет отражения от различных поверхностей в комнате и дифракции на краях барьера. В результате снижается общий уровень шума в месте расположения приемника.
Эффективность барьера зависит от его расположения относительно источника или приемников шума и от его габаритных размеров. Чтобы максимизировать потенциальное снижение шума, барьер должен располагаться как можно ближе к источнику или приемнику. Далее барьер должен быть как можно выше и шире. Чтобы эффективно блокировать путь звука, используется материал высокой плотности порядка 4–6 фунтов/фут.3, должен быть использован. Наконец, барьер не должен содержать отверстий или щелей, которые могут значительно снизить его эффективность. Если необходимо предусмотреть окно для визуального доступа к оборудованию, то важно, чтобы окно имело звукопропускание, по крайней мере, такое же, как у самого барьерного материала.
Последним вариантом снижения воздействия шума на работников является обработка пространства или территории, где работает работник. Этот вариант наиболее удобен для тех рабочих операций, таких как инспекция продукции или станции мониторинга оборудования, где перемещение сотрудников ограничено относительно небольшой площадью. В таких ситуациях может быть установлена акустическая будка или укрытие, чтобы изолировать сотрудников и снизить уровень шума. Ежедневное воздействие шума будет снижено, если значительная часть рабочей смены будет проводиться внутри убежища. Чтобы построить такое убежище, следует руководствоваться ранее описанными рекомендациями по проектированию ограждений.
В заключение, реализация эффективной программы «Купи тишину» должна стать начальным шагом в процессе полного контроля шума. Этот подход предназначен для предотвращения покупки или установки любого оборудования, которое может создавать проблемы с шумом. Однако в тех ситуациях, когда уже существует чрезмерный уровень шума, необходимо систематически оценивать шумовую среду, чтобы разработать наиболее практичный вариант инженерного контроля для каждого отдельного источника шума. При определении относительного приоритета и срочности принятия мер по контролю шума следует учитывать воздействие на сотрудников, занятость помещения и общий уровень шума на территории. Очевидно, что важным аспектом желаемого результата является максимальное снижение воздействия шума на сотрудников при вложенных денежных средствах и одновременное обеспечение наибольшей степени защиты сотрудников.
Авторы благодарят Департамент труда Северной Каролины за разрешение на повторное использование материалов, разработанных во время написания отраслевого руководства NCDOL по сохранению слуха.
Основная цель программ сохранения профессионального слуха (HCP) состоит в том, чтобы предотвратить потерю слуха на рабочем месте, вызванную шумом из-за воздействия опасного шума на рабочем месте (Royster and Royster, 1989 и 1990). Однако лицо, которое позже будет охарактеризовано как «ключевое лицо», ответственное за обеспечение эффективности HCP, должно руководствоваться здравым смыслом, чтобы изменить эти методы в соответствии с местной ситуацией для достижения желаемой цели: защиты работников от вредное воздействие профессионального шума. Второстепенная цель этих программ должна состоять в том, чтобы обучать и мотивировать людей, чтобы они также предпочитали защищать себя от вредного воздействия шума, не связанного с работой, и передавать свои знания о сохранении слуха своим семьям и друзьям.
На рис. 1 показано распределение более 10,000 8 образцов шумового воздействия из четырех источников в двух странах, включая различные промышленные, горнодобывающие и военные предприятия. Образцы представляют собой средневзвешенные по времени значения за 3 часов, основанные на обменных курсах 4, 5 и 90 дБ. Эти данные показывают, что около 95% ежедневного эквивалентного шумового воздействия составляют 10 дБА или ниже, и только 95% превышают XNUMX дБА.
Рисунок 1. Расчетная опасность воздействия шума для различных групп населения
Важность данных на рис. 1, если предположить, что они применимы к большинству стран и групп населения, заключается просто в том, что подавляющему большинству сотрудников, подвергающихся воздействию шума, для устранения опасности требуется защита от шума всего на 10 дБА. Когда для достижения этой защиты используются устройства защиты органов слуха (HPD), лица, ответственные за здоровье работников, должны уделить время тому, чтобы подобрать каждому человеку устройство, удобное, практичное для окружающей среды, учитывающее слуховые потребности человека (способность слышать предупреждающие сигналы, речь и т. д.), а также обеспечивают звукоизоляцию при повседневном ношении в реальных условиях.
В этой статье представлен сжатый набор передовых методов сохранения слуха, кратко изложенный в контрольном списке, представленном на рисунке 2.
Рисунок 2. Контрольный список передовой практики HCP
Преимущества сохранения слуха
Профилактика профессиональной потери слуха приносит пользу работнику, сохраняя слуховые способности, которые имеют решающее значение для хорошего качества жизни: межличностное общение, наслаждение музыкой, обнаружение предупреждающих звуков и многое другое. HCP обеспечивает преимущество скрининга здоровья, поскольку непрофессиональная потеря слуха и потенциально излечимые заболевания уха часто выявляются с помощью ежегодных аудиограмм. Снижение воздействия шума также снижает потенциальный стресс и усталость, связанные с шумом.
Работодатель получает непосредственную выгоду, внедряя эффективный HCP, который поддерживает хороший слух сотрудников, поскольку работники останутся более продуктивными и более универсальными, если их коммуникативные способности не будут нарушены. Эффективные HCP могут снизить количество несчастных случаев и повысить эффективность работы.
Фазы HCP
Обратитесь к контрольному списку на рисунке 2 для получения подробной информации о каждой фазе. За разные этапы может отвечать разный персонал, и этот персонал составляет команду HCP.
Исследования звукового воздействия
Измерители уровня звука или индивидуальные дозиметры шума используются для измерения уровня звука на рабочем месте и оценки воздействия шума на рабочих, чтобы определить, нужен ли HCP; если это так, то собранные таким образом данные помогут установить соответствующую политику HCP для защиты сотрудников (Royster, Berger and Royster, 1986). Результаты опроса определяют, какие сотрудники (по отделам или должностям) будут включены в HCP, какие зоны должны быть размещены для использования необходимых средств защиты органов слуха и какие средства защиты органов слуха являются подходящими. Для классификации воздействия по диапазонам (ниже 85 дБА, 85–89, 90–94, 95–99 дБА и т. д.) необходимы соответствующие образцы репрезентативных производственных условий. Измерение уровней звука по шкале А во время общего исследования шума часто позволяет выявить доминирующие источники шума в зонах предприятия, где последующие инженерные исследования по контролю шума могут значительно снизить воздействие на персонал.
Инженерный и административный контроль шума
Средства контроля шума могут снизить воздействие шума на сотрудников до безопасного уровня, устраняя необходимость в программе сохранения слуха. Технические средства контроля (см. «Технический контроль шума» [NOI03AE] в этой главе) включают в себя модификации источника шума (например, установку глушителей на сопла для выпуска воздуха), пути прохождения звука (например, размещение вокруг оборудования звукопоглощающих кожухов) или приемника. (например, ограждение рабочего места сотрудника). При разработке таких модификаций часто требуется участие рабочего, чтобы убедиться, что они практичны и не будут мешать выполнению его или ее задач. Очевидно, что воздействие опасного шума на сотрудников должно быть уменьшено или устранено с помощью инженерных средств контроля шума, когда это практически возможно и целесообразно.
Административный контроль шума включает замену старого оборудования более тихими новыми моделями, соблюдение программ технического обслуживания оборудования, связанных с контролем шума, и изменения в графиках работы сотрудников для снижения доз шума за счет ограничения времени воздействия, когда это практически и технически целесообразно. Планирование и проектирование для достижения неопасных уровней шума при вводе в эксплуатацию новых производственных мощностей является административным контролем, который также может устранить необходимость в HCP.
Обучение и мотивация
Члены группы и сотрудники HCP не будут активно участвовать в сохранении слуха, если они не понимают ее цели, того, какую пользу они получат непосредственно от программы, и того, что соблюдение требований компании по безопасности и охране здоровья является условием приема на работу. Без значимого обучения, мотивирующего индивидуальные действия, HCP потерпит неудачу (Royster and Royster, 1986). Темы, которые должны быть освещены, должны включать следующее: цель и преимущества HCP, методы и результаты исследования звука, использование и поддержание инженерных средств контроля шума для снижения воздействия, вредное воздействие шума вне рабочего места, как шум повреждает слух, последствия потеря слуха в повседневной жизни, выбор и подгонка средств защиты слуха и важность постоянного ношения, то, как аудиометрические тесты выявляют изменения слуха, чтобы указать на необходимость большей защиты, и политики работодателя в области здравоохранения. В идеале эти темы можно объяснить небольшим группам сотрудников на собраниях по технике безопасности, предоставив достаточно времени для вопросов. В эффективных медицинских работниках образовательный этап представляет собой непрерывный процесс, а не просто ежегодную презентацию, поскольку персонал медицинских работников использует ежедневные возможности, чтобы напомнить другим о необходимости сохранения слуха.
Средства защиты органов слуха
Работодатель предоставляет средства защиты органов слуха (беруши, наушники и полувкладыши) для ношения работниками до тех пор, пока на рабочем месте существует опасный уровень шума. Поскольку для многих типов промышленного оборудования не разработаны подходящие средства инженерного контроля шума, средства защиты органов слуха являются лучшим вариантом для предотвращения потери слуха, вызванной шумом, в таких ситуациях. Как указывалось ранее, большинству рабочих, подвергающихся воздействию шума, необходимо добиться затухания всего в 10 дБ, чтобы быть адекватно защищенными от шума. При наличии большого выбора средств защиты органов слуха, доступных сегодня, можно легко обеспечить адекватную защиту (Royster, 1985; Royster and Royster, 1986), если каждому работнику индивидуально подобрать устройства для обеспечения звукоизоляции с приемлемым комфортом, а также если работника научат, как это сделать. носите устройство правильно, чтобы обеспечить звукоизоляцию, но всегда, когда существует опасность шума.
Аудиометрические оценки
Каждый человек, подвергшийся воздействию, должен проходить базовую проверку слуха с последующей ежегодной повторной проверкой для мониторинга состояния слуха и выявления любых изменений слуха. Аудиометр используется в звукоизолирующей кабине для проверки порогов слуха сотрудников на частотах 0.5, 1, 2, 3, 4, 6 и 8 кГц. Если HCP эффективен, результаты аудиометрии сотрудников не покажут существенных изменений, связанных с повреждением слуха, вызванным шумом на рабочем месте. Если обнаружены подозрительные изменения слуха, техник-аудиометр и аудиолог или врач, которые просматривают запись, могут посоветовать работнику более осторожно носить HPD, оценить, нужны ли более подходящие HPD, и мотивировать человека быть более осторожным в защите своего слуха. слышать как на работе, так и вне ее. Иногда могут быть идентифицированы непрофессиональные причины изменения слуха, такие как стрельба или шум от хобби, или медицинские проблемы со слухом. Аудиометрический мониторинг полезен только в том случае, если поддерживается контроль качества процедур тестирования и если результаты используются для последующего наблюдения за людьми со значительными изменениями слуха (Royster, 1985).
Делопроизводство
Требования к типу записей и продолжительности их хранения различаются в зависимости от страны. В странах, где важными вопросами являются судебные разбирательства и компенсация работникам, записи следует хранить дольше, чем требуется по профессиональным правилам, поскольку они часто полезны для юридических целей. Цель ведения записей — задокументировать, как сотрудники были защищены от шума (Royster and Royster, 1989 и 1990). Особо важные записи включают процедуры и результаты исследования звука, аудиометрическую калибровку и результаты, последующие действия в ответ на изменения слуха сотрудников и документацию по подбору и обучению средств защиты органов слуха. Записи должны включать имена сотрудников, выполнявших задачи HCP, а также результаты.
Оценка программы
Характеристики эффективных программ
Успешные медицинские работники обладают следующими характеристиками и продвигают «культуру безопасности» в отношении всех программ безопасности (безопасные очки, «каски», безопасное поведение при подъеме груза и т. д.).
«Ключевая личность»
Наиболее важной стратегией эффективного совместного функционирования пяти фаз СОЗ является объединение их под наблюдением одного лица, имеющего центральное значение (Royster and Royster, 1989 и 1990). В небольших компаниях, где один человек может фактически выполнять все аспекты HCP, отсутствие координации обычно не является проблемой. Однако по мере увеличения размера организации в HCP вовлекаются различные типы персонала: персонал по технике безопасности, медицинский персонал, инженеры, промышленные гигиенисты, заведующие инструментальными складами, заведующие производством и другие. С персоналом из разных дисциплин, выполняющим разные аспекты программы, становится очень трудно координировать их усилия, если только один «ключевой человек» не может контролировать весь HCP. Выбор того, кем должен быть этот человек, имеет решающее значение для успеха программы. Одним из основных качеств ключевого человека является неподдельный интерес к HCP компании.
Ключевое лицо всегда доступно и искренне заинтересовано в комментариях или жалобах, которые могут помочь улучшить HCP. Этот человек не занимает удаленную позицию и не остается в офисе, управляя HCP на бумаге по поручению, а проводит время на производственных площадках или там, где рабочие активны, чтобы взаимодействовать с ними и наблюдать, как проблемы могут быть предотвращены или решены.
Активные коммуникации и роли
Члены основной команды СОЗ должны регулярно встречаться, чтобы обсудить ход выполнения программы и убедиться, что все обязанности выполняются. Как только люди с разными задачами поймут, как их собственные роли влияют на общий результат программы, они будут лучше сотрудничать, чтобы предотвратить потерю слуха. Ключевое лицо может добиться этого активного общения и сотрудничества, если руководство предоставит ему или ей полномочия принимать решения HCP и выделение ресурсов для выполнения решений после их принятия. Успех HCP зависит от всех, от высшего начальника до недавно нанятого стажера; каждый играет важную роль. Роль руководства в основном заключается в поддержке HCP и обеспечении соблюдения его политики как одного из аспектов общей программы компании по охране труда и технике безопасности. Для менеджеров среднего звена и супервайзеров роль более прямая: они помогают выполнять пять этапов. Роль сотрудников состоит в том, чтобы активно участвовать в программе и активно вносить предложения по улучшению работы HCP. Тем не менее, чтобы участие сотрудников было успешным, руководство и команда HCP должны быть восприимчивы к комментариям и действительно реагировать на вклад сотрудников.
Средства защиты органов слуха — эффективные и обязательные
Важность политик защиты органов слуха для успеха медицинских работников подчеркивается двумя желательными характеристиками эффективных медицинских работников: строгим соблюдением правил использования средств защиты органов слуха (должны быть фактические меры, а не только бумажные правила) и наличие средств защиты, которые потенциально эффективны для использования медицинскими работниками. носители в рабочей среде. Потенциально эффективные устройства практичны и достаточно удобны для постоянного ношения сотрудниками, а также обеспечивают достаточное шумоподавление без ухудшения связи из-за чрезмерной защиты.
Ограниченное внешнее воздействие на СОЗ
Если решения местного HCP ограничены политиками, утвержденными штаб-квартирой корпорации, ключевому лицу может потребоваться помощь высшего руководства в получении исключений из корпоративных или внешних правил для удовлетворения местных потребностей. Ключевое лицо также должно строго контролировать любые услуги, предоставляемые внешними консультантами, подрядчиками или государственными служащими (например, звуковые исследования или аудиограммы). Когда используются подрядчики, сложнее интегрировать их услуги в общий HCP, но сделать это очень важно. Если штатный персонал не использует информацию, предоставленную подрядчиками, то элементы программы, заключенные по контракту, теряют свою эффективность. Опыт ясно показывает, что очень сложно создать и поддерживать эффективный СОЗ, зависящий преимущественно от внешних подрядчиков.
В отличие от предыдущих характеристик, ниже приводится список некоторых распространенных причин неэффективности HCP.
Объективная оценка аудиометрических данных
Аудиометрические данные для населения, подвергающегося воздействию шума, свидетельствуют о том, что HCP предотвращает профессиональную потерю слуха. С течением времени скорость изменения слуха у сотрудников, подвергающихся воздействию шума, должна быть не выше, чем у сотрудников контрольной группы без шумной работы. Чтобы дать раннее указание на эффективность HCP, были разработаны процедуры анализа аудиометрических баз данных с использованием межгодовой изменчивости пороговых значений (Royster and Royster, 1986; ANSI, 1991).
Условия использования
В области профессионального шума термины регулирование, стандарткачества законодательство часто используются взаимозаменяемо, хотя технически они могут иметь немного разные значения. Стандарт представляет собой систематизированный набор правил или руководств, очень похожий на регламент, но он может быть разработан под эгидой консенсусной группы, такой как Международная организация по стандартизации (ISO). Законодательство состоит из законов, принимаемых законодательными органами или органами местного самоуправления.
Многие национальные стандарты называются законодательством. Некоторые официальные органы также используют термины стандарты и правила. Совет Европейских Сообществ (CEC) выдает Директивы. Всем членам Европейского сообщества необходимо было к 1986 году «гармонизировать» свои стандарты шума (нормативные акты или законодательство) с Директивой ЕЭС 1990 года о воздействии профессионального шума (CEC 1986). Это означает, что стандарты и правила стран-членов по шуму должны были обеспечивать как минимум такую же защиту, как и Директива ЕЭС. В Соединенных Штатах регулирование является правилом или приказом, установленным государственным органом, и обычно носит скорее формальный характер, чем стандарт.
У некоторых народов есть процессуальный кодекс, что несколько менее формально. Например, австралийский национальный стандарт воздействия шума на рабочем месте состоит из двух коротких абзацев, в которых изложены обязательные правила, за которыми следует 35-страничный свод правил, который содержит практические рекомендации по применению стандарта. Кодексы практики обычно не имеют юридической силы правил или законов.
Другой термин, который иногда используется, это рекомендация, которое больше похоже на рекомендацию, чем на обязательное правило, и не подлежит принудительному исполнению. В этой статье термин стандарт будет использоваться в общем случае для представления стандартов шума всех степеней формальности.
Согласованные стандарты
Одним из наиболее широко используемых стандартов по шуму является ISO 1999, Акустика: определение воздействия профессионального шума и оценка нарушений слуха, вызванных шумом (ИСО 1990). Этот международный согласованный стандарт представляет собой пересмотр более ранней, менее подробной версии, и его можно использовать для прогнозирования ожидаемой степени потери слуха в различных процентилях населения, подвергшегося воздействию, на различных аудиометрических частотах в зависимости от уровня и продолжительности воздействия, возраста. и секс.
В настоящее время ISO очень активно занимается стандартизацией шума. Его технический комитет TC43 «Акустика» работает над стандартом для оценки эффективности программ сохранения слуха. Согласно von Gierke (1993), Подкомитет 43 (SC1) TC1 состоит из 21 рабочей группы, некоторые из которых рассматривают более трех стандартов каждая. TC43/SC1 выпустил 58 стандартов, связанных с шумом, и 63 дополнительных стандарта находятся в стадии пересмотра или подготовки (von Gierke 1993).
Критерии риска повреждения
Термин критерии риска повреждения относится к риску ухудшения слуха от различных уровней шума. Многие факторы влияют на разработку этих критериев и стандартов в дополнение к данным, описывающим степень потери слуха в результате воздействия определенного уровня шума. Существуют как технические, так и политические соображения.
Следующие вопросы являются хорошими примерами политических соображений: какую часть населения, подвергающегося воздействию шума, следует защитить, и насколько потеря слуха представляет собой приемлемый риск? Должны ли мы защищать даже самых чувствительных представителей незащищенного населения от любой потери слуха? Или мы должны защищать только от компенсируемого дефекта слуха? Это сводится к вопросу о том, какую формулу потери слуха использовать, и разные государственные органы сильно различаются в своем выборе.
В предыдущие годы были приняты нормативные решения, которые допускали существенную потерю слуха в качестве приемлемого риска. Наиболее распространенным определением был средний уровень порога слышимости (или «низкий порог») 25 дБ или выше на аудиометрических частотах 500, 1,000 и 2,000 Гц. С тех пор определения «нарушение слуха» или «нарушение слуха» стали более ограничительными, поскольку разные страны или группы консенсуса выступают за разные определения. Например, некоторые правительственные учреждения США теперь используют 25 дБ на частотах 1,000, 2,000 и 3,000 Гц. Другие определения могут включать низкий порог в 20 или 25 дБ на частотах 1,000, 2,000 и 4,000 Гц и могут включать более широкий диапазон частот.
В целом, поскольку определения включают более высокие частоты и более низкие уровни «ограждений» или порога слышимости, допустимый риск становится более строгим, и более высокий процент подвергающегося воздействию населения будет подвергаться риску из-за заданных уровней шума. Чтобы не было риска какой-либо потери слуха из-за воздействия шума, даже у наиболее чувствительных членов подверженного воздействию шума человека, допустимый предел воздействия должен составлять всего 75 дБА. Фактически Директива ЕЭС установила эквивалентный уровень (Leq) 75 дБА как уровень, при котором риск пренебрежимо мал, и этот уровень также был выдвинут в качестве цели для шведских производственных предприятий (Kihlman 1992).
В целом, преобладающее мнение по этому вопросу состоит в том, что допустимо, чтобы рабочая сила, подвергающаяся воздействию шума, потеряла часть слуха, но не слишком сильно. Что касается того, сколько слишком много, в настоящее время нет единого мнения. По всей вероятности, большинство стран разрабатывают стандарты и правила, пытаясь свести риск к минимуму, принимая во внимание техническую и экономическую осуществимость, но не приходя к консенсусу по таким вопросам, как частота, ограждение или процент населения, быть защищенным.
Представление критериев риска повреждения
Критерии потери слуха, вызванной шумом, могут быть представлены одним из двух способов: постоянное смещение порога, вызванное шумом (NIPTS), или риск в процентах. NIPTS — это величина постоянного сдвига порога, остающегося в популяции после вычитания сдвига порога, который происходит «в норме» по причинам, отличным от профессионального шума. Процентный риск — это процент населения с определенной степенью нарушения слуха, вызванного шумом. после вычитание процента аналогичного населения не подвергается воздействию профессионального шума. Это понятие иногда называют избыточный риск. К сожалению, ни один метод не без проблем.
Проблема с использованием только NIPTS заключается в том, что трудно обобщить влияние шума на слух. Данные обычно представляются в виде большой таблицы, показывающей вызванное шумом смещение порога для каждой аудиометрической частоты в зависимости от уровня шума, количества лет воздействия и центиля населения. Концепция процентного риска более привлекательна, потому что она использует отдельные числа и кажется простой для понимания. Но проблема с процентным риском заключается в том, что он может сильно варьироваться в зависимости от ряда факторов, в частности, от высоты барьера уровня порога слышимости и частот, используемых для определения нарушения слуха (или инвалидности).
При использовании обоих методов пользователь должен быть уверен, что подверженные и не подвергающиеся воздействию группы населения точно соответствуют таким факторам, как возраст и воздействие непрофессионального шума.
Национальные стандарты шума
В таблице 1 приведены некоторые из основных особенностей стандартов воздействия шума в нескольких странах. Большая часть информации актуальна на момент публикации, но некоторые стандарты могли быть недавно пересмотрены. Читателям рекомендуется ознакомиться с новейшими версиями национальных стандартов.
Таблица 1. Допустимые пределы воздействия (PEL), обменные курсы и другие требования к шумовому воздействию в зависимости от страны
нация, дата |
ПЭЛ Лav., 8-часовой, дБАa |
Скорость обмена, дБАb |
LМакс RMS Lпик SPL |
Инженерный контроль уровня дБАc |
Аудиометрический тест уровня дБАc |
Аргентина |
90 |
3 |
110 дБА |
||
Австралия,1 1993 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
85 |
85 |
Бразилия, 1992 |
85 |
5 |
115 дБА |
85 |
|
Канада,2 1990 |
87 |
3 |
87 |
84 |
|
ЦИК,3, 4 1986 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
90 |
85 |
Чили |
85 |
5 |
115 дБА |
||
Китай,5 1985 |
70-90 |
3 |
115 дБА |
||
Финляндия, 1982 г. |
85 |
3 |
85 |
||
Франция, 1990 |
85 |
3 |
135 дБ пик |
85 |
|
Германия,3, 6 1990 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
90 |
85 |
Венгрия |
85 |
3 |
125 дБА |
90 |
|
Индия,7 1989 |
90 |
115 дБА |
|||
Израиль, 1984 |
85 |
5 |
115 дБА |
||
Италия, 1990 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
90 |
85 |
Нидерланды, 8 1987 |
80 |
3 |
140 дБ пик |
85 |
|
Новая Зеландия,9 1981 |
85 |
3 |
115 дБА |
||
Норвегия,10 1982 |
85 |
3 |
110 дБА |
80 |
|
Испания, 1989 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
90 |
80 |
Швеция, 1992 г. |
85 |
3 |
115 дБА |
85 |
85 |
Великобритания, 1989 |
85 |
3 |
140 дБ пик |
90 |
85 |
США,11 1983 |
90 |
5 |
115 дБА |
90 |
85 |
Уругвай |
90 |
3 |
110 дБА |
a PEL = Допустимый предел воздействия.
б Обменный курс. Иногда его называют коэффициентом удвоения или соотношением времени/интенсивности. Это величина изменения уровня шума (в дБ), допустимая для каждого уменьшения вдвое или вдвое продолжительности воздействия.
c Как и PEL, уровни, устанавливающие требования к инженерным средствам контроля и аудиометрическим испытаниям, также, по-видимому, являются средними уровнями.
Источники: Аренас, 1995 г.; Ганн; Эмблтон 1994; МОТ, 1994 г. Были проведены дальнейшие консультации с опубликованными стандартами различных стран.
Примечания к таблице 1.
1 Уровни технических средств контроля, проверки слуха и других элементов программы сохранения слуха определены в своде правил.
2 Существуют некоторые различия между отдельными провинциями Канады: Онтарио, Квебек и Нью-Брансуик используют 90 дБА при обменном курсе 5 дБ; Альберта, Новая Шотландия и Ньюфаундленд используют 85 дБА при обменном курсе 5 дБ; и Британская Колумбия использует 90 дБА с обменным курсом 3 дБ. Все они требуют инженерного контроля на уровне PEL. В Манитобе требуются определенные меры по сохранению слуха при уровне выше 80 дБА, средства защиты органов слуха и обучение по запросу при уровне выше 85 дБА, а также технические средства контроля при уровне выше 90 дБА.
3 Совет Европейского сообщества (86/188/EEC) и Германии (UVV Larm-1990) заявляют, что невозможно указать точный предел для устранения опасностей для слуха и риска других нарушений здоровья от шума. Поэтому работодатель обязан максимально снизить уровень шума, принимая во внимание технический прогресс и наличие мер контроля. Другие страны ЕС, возможно, также приняли этот подход.
4 Те страны, входящие в Европейское сообщество, должны были иметь стандарты, которые, по крайней мере, соответствовали Директиве ЕЭС к 1 января 1990 года.
5 В Китае для разных видов деятельности требуются разные уровни: например, 70 дБА для точных сборочных линий, обрабатывающих цехов и компьютерных залов; 75 дБА для дежурных, наблюдательных и туалетных комнат; 85 дБА для новых цехов; и 90 дБА для существующих мастерских.
6 В Германии также действуют стандарты шума 55 дБА для психически напряженных задач и 70 дБА для механизированной офисной работы.
7 Рекомендация.
8 Законодательство Нидерландов по шуму требует контроля инженерного шума на уровне 85 дБА, «за исключением случаев, когда это не может быть разумно потребовано». Средства защиты слуха должны быть обеспечены выше 80 дБА, и рабочие должны носить их при уровне выше 90 дБА.
9 В Новой Зеландии требуется максимум 82 дБА для 16-часового воздействия. Наушники необходимо носить при уровне шума выше 115 дБА.
10 В Норвегии требуется PEL 55 дБА для работы, требующей большой умственной концентрации, 85 дБА для работы, требующей устного общения или высокой точности и внимания, и 85 дБА для других шумных рабочих мест. Рекомендуемые пределы на 10 дБ ниже. Рабочие, подвергающиеся воздействию шума выше 85 дБА, должны носить средства защиты органов слуха.
11 Эти уровни относятся к стандарту OSHA по шуму, который распространяется на рабочих в общей промышленности и морских профессиях. Военные службы США требуют более строгих стандартов. ВВС США и армия США используют PEL 85 дБА и обменный курс 3 дБ.
Таблица 1 ясно показывает тенденцию большинства стран использовать допустимый предел воздействия (PEL) на уровне 85 дБА, в то время как около половины стандартов по-прежнему используют 90 дБА для соответствия требованиям технических средств контроля, как это разрешено Директивой ЕЭС. Подавляющее большинство перечисленных выше стран приняли обменный курс в 3 дБ, за исключением Израиля, Бразилии и Чили, все из которых используют правило 5 дБ с уровнем критерия 85 дБА. Другим заметным исключением являются Соединенные Штаты (в гражданском секторе), хотя и армия США, и ВВС США приняли правило 3 дБ.
В дополнение к своим требованиям по защите работников от потери слуха, некоторые страны включают положения по предотвращению других неблагоприятных последствий шума. Некоторые страны заявляют о необходимости защиты от постороннего воздействия шума в своих правилах. Как Директива ЕЭС, так и немецкий стандарт признают, что шум на рабочем месте представляет собой риск для здоровья и безопасности работников, помимо потери слуха, но современные научные знания о внеслуховых эффектах не позволяют установить точные безопасные уровни.
Норвежский стандарт включает требование о том, что уровень шума не должен превышать 70 дБА в рабочих условиях, где необходима речевая связь. Немецкий стандарт защищает снижение уровня шума для предотвращения риска несчастных случаев, а как в Норвегии, так и в Германии требуется максимальный уровень шума 55 дБА для повышения концентрации внимания и предотвращения стресса во время умственных задач.
В некоторых странах существуют специальные нормы шума для различных видов рабочих мест. Например, в Финляндии и США действуют стандарты шума для кабин автомобилей, а в Германии и Японии — для офисов. Другие включают шум как одну из многих регулируемых опасностей в конкретном процессе. Другие стандарты применяются к определенным типам оборудования или машин, таким как воздушные компрессоры, цепные пилы и строительное оборудование.
Кроме того, некоторые страны обнародовали отдельные стандарты для устройств защиты слуха (например, Директива ЕЭС, Нидерланды и Норвегия) и для программ сохранения слуха (например, Франция, Норвегия, Испания, Швеция и США).
Некоторые страны используют новаторские подходы к решению проблемы профессионального шума. Например, в Нидерландах существует отдельный стандарт для вновь построенных рабочих мест, а Австралия и Норвегия предоставляют работодателям информацию для инструктирования производителей по обеспечению более тихого оборудования.
Существует мало информации о степени соблюдения этих стандартов и правил. Некоторые указывают, что работодатели «должны» предпринимать определенные действия (как в сводах правил или руководствах), в то время как в большинстве указывается, что работодатели «должны». Стандарты, в которых используется «должен», более склонны к обязательности, но отдельные страны сильно различаются по своей способности и склонности к обеспечению соблюдения. Даже в пределах одной страны соблюдение стандартов профессионального шума может значительно различаться в зависимости от правительства, находящегося у власти.
Ионизирующее излучение есть везде. Он приходит из космоса в виде космических лучей. Он находится в воздухе в виде выбросов радиоактивного радона и его дочерних продуктов. Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы входят и остаются во всех живых существах. Это неизбежно. Действительно, все виды на этой планете эволюционировали в присутствии ионизирующего излучения. Хотя люди, подвергшиеся воздействию малых доз радиации, могут не сразу проявлять какие-либо явные биологические эффекты, нет никаких сомнений в том, что ионизирующее излучение в достаточном количестве может причинить вред. Эти эффекты хорошо известны как в своем роде, так и в степени.
Хотя ионизирующее излучение может причинить вред, оно также имеет множество полезных применений. Радиоактивный уран вырабатывает электроэнергию на атомных электростанциях многих стран. В медицине с помощью рентгеновских лучей получают рентгенограммы для диагностики внутренних повреждений и заболеваний. Врачи ядерной медицины используют радиоактивный материал в качестве индикаторов для получения подробных изображений внутренних структур и изучения метаболизма. Терапевтические радиофармацевтические препараты доступны для лечения таких заболеваний, как гипертиреоз и рак. Радиотерапевты используют для лечения рака гамма-лучи, пионные пучки, электронные пучки, нейтроны и другие виды излучения. Инженеры используют радиоактивные материалы при каротаже нефтяных скважин и в измерителях плотности почвы. Промышленные рентгенологи используют рентгеновские лучи для контроля качества, чтобы изучить внутреннюю структуру производимых устройств. Знаки выхода в зданиях и самолетах содержат радиоактивный тритий, чтобы они светились в темноте в случае отключения электроэнергии. Многие детекторы дыма в домах и коммерческих зданиях содержат радиоактивный америций.
Эти многочисленные применения ионизирующего излучения и радиоактивных материалов улучшают качество жизни и во многих отношениях помогают обществу. Выгоды от каждого использования всегда должны быть сопоставлены с рисками. Риски могут быть связаны с работниками, непосредственно участвующими в применении радиации или радиоактивных материалов, с населением, с будущими поколениями и с окружающей средой или с любой их комбинацией. Помимо политических и экономических соображений, выгоды всегда должны перевешивать риски, когда речь идет об ионизирующем излучении.
Ионизирующего излучения
Ионизирующее излучение состоит из частиц, в том числе фотонов, которые вызывают отделение электронов от атомов и молекул. Однако некоторые виды излучения относительно низкой энергии, такие как ультрафиолетовый свет, также могут вызывать ионизацию при определенных обстоятельствах. Чтобы отличить эти типы излучения от излучения, которое всегда вызывает ионизацию, произвольный нижний предел энергии для ионизирующего излучения обычно устанавливается около 10 килоэлектрон-вольт (кэВ).
Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц. К таким частицам относятся энергичные электроны (иногда называемые негатронами), позитроны, протоны, альфа-частицы, заряженные мезоны, мюоны и тяжелые ионы (ионизированные атомы). Этот тип ионизирующего излучения взаимодействует с веществом в основном за счет кулоновской силы, отталкивая или притягивая электроны от атомов и молекул в силу их зарядов.
Косвенно ионизирующее излучение состоит из незаряженных частиц. Наиболее распространенными видами косвенно ионизирующего излучения являются фотоны с энергией выше 10 кэВ (рентгеновское и гамма-излучение) и все нейтроны.
Рентгеновские и гамма-фотоны взаимодействуют с веществом и вызывают ионизацию как минимум тремя различными способами:
для данного фотона может произойти любое из них, за исключением того, что образование пар возможно только для фотонов с энергией более 1.022 МэВ. Энергия фотона и материал, с которым он взаимодействует, определяют, какое взаимодействие наиболее вероятно.
На рис. 1 показаны области, в которых доминирует каждый тип фотонного взаимодействия, в зависимости от энергии фотона и атомного номера поглотителя.
Рисунок 1. Относительная важность трех основных взаимодействий фотонов в веществе.
Наиболее распространенными взаимодействиями нейтрона с веществом являются неупругие столкновения, захват (или активация) нейтрона и деление. Все это взаимодействия с ядрами. Ядро, неупруго сталкивающееся с нейтроном, остается на более высоком энергетическом уровне. Он может высвобождать эту энергию в виде гамма-излучения или испуская бета-частицу, или и то, и другое. При захвате нейтронов пораженное ядро может поглощать нейтроны и выбрасывать энергию в виде гамма-, рентгеновских лучей, бета-частиц или того и другого. Затем вторичные частицы вызывают ионизацию, как обсуждалось выше. При делении тяжелое ядро поглощает нейтрон и распадается на два более легких ядра, которые почти всегда радиоактивны.
Количества, единицы и связанные определения
Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (ICRU) разрабатывает международно признанные формальные определения величин и единиц радиации и радиоактивности. Международная комиссия по радиологической защите (ICRP) также устанавливает стандарты для определения и использования различных величин и единиц, используемых в радиационной безопасности. Ниже приводится описание некоторых величин, единиц и определений, обычно используемых в области радиационной безопасности.
Поглощенная доза. Это основная дозиметрическая величина для ионизирующего излучения. По сути, это энергия, которую ионизирующее излучение сообщает веществу на единицу массы. Формально,
в котором D – поглощенная доза, de - средняя энергия, сообщаемая веществу с массой dm. Поглощенная доза выражается в джоулях на килограмм (Дж кг-1). Специальное название единицы поглощенной дозы — грей (Гр).
Активность. Эта величина представляет собой количество ядерных превращений из данного состояния ядерной энергии в единицу времени. Формально,
в котором A активность, dN – математическое ожидание числа спонтанных ядерных переходов из данного энергетического состояния в интервале времени dt. Это связано с количеством радиоактивных ядер. N по:
где l — постоянная затухания. Активность измеряется инверсными секундами (с-1). Специальное название единицы активности — беккерель (Бк).
Постоянная распада (л). Эта величина представляет собой вероятность в единицу времени того, что ядерное превращение произойдет для данного радионуклида. Постоянная затухания измеряется в обратных секундах (s-1). Это связано с периодом полураспада t½ радионуклида:
Константа распада l связана со средним временем жизни t радионуклида соотношением:
Зависимость активности от времени A(t) и числа радиоактивных ядер N(t) может быть выражена и соответственно.
Детерминированный биологический эффект. Это биологический эффект, вызванный ионизирующим излучением, вероятность возникновения которого равна нулю при малых поглощенных дозах, но резко возрастает до единицы (100 %) выше некоторого уровня поглощенной дозы (порога). Индукция катаракты является примером стохастического биологического эффекта.
Эффективная доза. Эффективная доза E представляет собой сумму взвешенных эквивалентных доз во всех тканях и органах организма. Это величина радиационной безопасности, поэтому ее использование нецелесообразно для больших поглощенных доз, доставленных за относительно короткий период времени. Его дают:
в котором w T - весовой коэффициент ткани и HT – эквивалентная доза для ткани T. Эффективная доза выражена в Дж/кг.-1. Специальное название единицы эффективной дозы – зиверт (Зв).
Эквивалентная доза. Эквивалентная доза HT это поглощенная доза, усредненная по ткани или органу (а не по точке) и взвешенная по интересующему качеству излучения. Это величина радиационной безопасности, поэтому ее использование нецелесообразно для больших поглощенных доз, доставленных за относительно короткий период времени. Эквивалентная доза определяется по формуле:
в котором DT, R – усредненная по ткани или органу поглощенная доза T за счет излучения R и w R
- весовой коэффициент радиации. Эквивалентная доза выражена в Дж кг-1. Специальное название единицы эквивалентной дозы — зиверт (Зв).
Период полураспада. Эта величина представляет собой время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида уменьшилась вдвое. Эквивалентно, это количество времени, необходимое для того, чтобы данное количество ядер в данном радиоактивном состоянии уменьшилось вдвое. Он имеет основные единицы секунд (с), но также обычно выражается в часах, днях и годах. Для данного радионуклида период полураспада t½ связано с константой затухания l соотношением:
Линейный перенос энергии. Эта величина представляет собой энергию, которую заряженная частица сообщает веществу на единицу длины при прохождении через вещество. Формально,
в котором L представляет собой линейную передачу энергии (также называемую линейная тормозная способность при столкновении) и дe - средняя энергия, теряемая частицей при прохождении расстояния dl. Линейная передача энергии (ЛПЭ) измеряется в Дж м-1.
Средний срок службы. Эта величина представляет собой среднее время, в течение которого ядерное состояние будет сохраняться до того, как оно претерпит преобразование в состояние с более низкой энергией в результате испускания ионизирующего излучения. Он имеет основные единицы секунд (с), но также может быть выражен в часах, днях или годах. Он связан с постоянной затухания соотношением:
где t — среднее время жизни, а l — постоянная распада данного нуклида в данном энергетическом состоянии.
Весовой коэффициент излучения. это число w R что для данного типа и энергии излучения R представляет значения относительной биологической эффективности этого излучения в отношении возникновения стохастических эффектов при низких дозах. значения w R связаны с линейной передачей энергии (ЛПЭ) и приведены в таблице 1. На рисунке 2 (на обороте) показана взаимосвязь между w R и LET для нейтронов.
Таблица 1. Весовые коэффициенты излучения wR
Тип и энергетический диапазон |
wR 1 |
Фотоны, все энергии |
1 |
Электроны и мюоны, все энергии2 |
1 |
Нейтроны, энергия 10 кэВ |
5 |
От 10 кэВ до 100 кэВ |
10 |
>100 кэВ до 2 МэВ |
20 |
>2 МэВ до 20 МэВ |
10 |
>20 МэВ |
5 |
Протоны, кроме протонов отдачи, энергия >2 МэВ |
5 |
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра |
20 |
1 Все значения относятся к излучению, падающему на тело или, для внутренних источников, испускаемому источником.
2 За исключением оже-электронов, испускаемых ядрами, связанными с ДНК.
Относительная биологическая эффективность (РБЕ). ОБЭ одного типа излучения по сравнению с другим является обратным отношением поглощенных доз, дающих одинаковую степень определенной биологической конечной точки.
Рис. 2. Радиационные весовые коэффициенты для нейтронов (гладкая кривая рассматривается как аппроксимация)
Стохастический биологический эффект. Это биологический эффект, вызванный ионизирующим излучением, вероятность возникновения которого возрастает с увеличением поглощенной дозы, вероятно, без порога, но серьезность которого не зависит от поглощенной дозы. Рак является примером стохастического биологического эффекта.
Весовой коэффициент ткани w T. Это представляет собой вклад ткани или органа Т в общий ущерб из-за всех стохастических эффектов, возникающих в результате равномерного облучения всего тела. Он используется потому, что вероятность стохастических эффектов из-за эквивалентной дозы зависит от облучаемой ткани или органа. Равномерная эквивалентная доза для всего тела должна давать эффективную дозу, численно равную сумме эффективных доз для всех тканей и органов тела. Следовательно, сумма всех весовых коэффициентов ткани нормирована на единицу. В таблице 2 приведены значения весовых коэффициентов ткани.
Таблица 2. Весовые коэффициенты ткани wT
Ткань или орган |
wT 1 |
Половые |
0.20 |
Костный мозг (красный) |
0.12 |
Двоеточие |
0.12 |
легкое |
0.12 |
Живот |
0.12 |
мочевой пузырь |
0.05 |
Грудь |
0.05 |
Печень |
0.05 |
пищевод |
0.05 |
Щитовидная железа |
0.05 |
Кожа |
0.01 |
Поверхность кости |
0.01 |
остаток |
0.052, 3 |
1 Значения были получены из эталонной популяции, состоящей из равного количества представителей обоих полов и широкого диапазона возрастов. При определении эффективной дозы они применяются к работникам, ко всему населению и к представителям любого пола.
2 Для расчетов остаток состоит из следующих дополнительных тканей и органов: надпочечники, головной мозг, верхняя часть толстой кишки, тонкая кишка, почки, мышцы, поджелудочная железа, селезенка, тимус и матка. В список включены органы, которые могут подвергаться избирательному облучению. Известно, что некоторые органы в списке подвержены индукции рака.
3 В тех исключительных случаях, когда одна из оставшихся тканей или органов получает эквивалентную дозу, превышающую максимальную дозу в любом из двенадцати органов, для которых указан весовой коэффициент, к этой ткани следует применять весовой коэффициент 0.025. или орган и весовой коэффициент 0.025 к средней дозе в остальной части остатка, как определено выше.
После открытия Рентгеном в 1895 г. рентгеновские лучи так быстро стали применяться в диагностике и лечении болезней, что травмы от чрезмерного радиационного облучения стали встречаться почти сразу у пионеров-радиаторов, которым еще предстояло осознать опасность (Браун 1933). Первыми такими травмами были преимущественно кожные реакции на руках тех, кто работал с оборудованием для раннего облучения, но в течение десяти лет также сообщалось о многих других типах травм, включая первые раковые заболевания, связанные с радиацией (Stone 1959).
На протяжении века, прошедшего с момента этих первых открытий, изучение биологических эффектов ионизирующего излучения получало непрерывный импульс в связи с растущим использованием радиации в медицине, науке и промышленности, а также в мирных и военных применениях атомной энергии. В результате биологические эффекты радиации исследованы более тщательно, чем практически любого другого фактора окружающей среды. Новые знания о воздействии радиации оказали влияние на формирование мер по защите здоровья человека от многих других экологических опасностей, а также от радиации.
Природа и механизмы биологического действия радиации
Отложение энергии. В отличие от других форм излучения, ионизирующее излучение способно выделять достаточно локализованной энергии, чтобы выбивать электроны из атомов, с которыми оно взаимодействует. Таким образом, когда излучение случайным образом сталкивается с атомами и молекулами при прохождении через живые клетки, оно порождает ионы и свободные радикалы, которые разрывают химические связи и вызывают другие молекулярные изменения, повреждающие пораженные клетки. Пространственное распределение событий ионизации зависит от весового коэффициента излучения, w R излучения (см. табл. 1 и рис. 1).
Таблица 1. Весовые коэффициенты излучения wR
Тип и энергетический диапазон |
wR 1 |
Фотоны, все энергии |
1 |
Электроны и мюоны, все энергии2 |
1 |
Нейтроны, энергия <10 кэВ |
5 |
От 10 кэВ до 100 кэВ |
10 |
>100 кэВ до 2 МэВ |
20 |
>2 МэВ до 20 МэВ |
10 |
>20 МэВ |
5 |
Протоны, кроме протонов отдачи, энергия >2 МэВ |
5 |
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра |
20 |
1 Все значения относятся к излучению, падающему на тело или, для внутренних источников, испускаемому источником.
2 За исключением оже-электронов, испускаемых ядрами, связанными с ДНК.
Рис. 1. Различия между различными видами ионизирующего излучения по проникающей способности в ткани
Воздействие на ДНК. Любая молекула в клетке может быть изменена радиацией, но ДНК является наиболее важной биологической мишенью из-за ограниченной избыточности содержащейся в ней генетической информации. Поглощенная доза радиации, достаточно большая, чтобы убить среднюю делящуюся клетку, — 2 грей (Гр) — достаточна, чтобы вызвать сотни повреждений в ее молекулах ДНК (Ward, 1988). Большинство таких повреждений излечимы, но повреждения, вызванные сильно ионизирующим излучением (например, протонным или альфа-частицами), как правило, хуже поддаются лечению, чем поражения, вызванные слабым ионизирующим излучением (например, рентгеновским или гамма-излучением). Гудхед, 1988). Таким образом, сильноионизирующее (высокая ЛПЭ) излучение обычно имеет более высокую относительную биологическую эффективность (ОБЭ), чем малоионизирующее (низкая ЛПЭ) излучение для большинства форм повреждений (ICRP 1991).
Влияние на гены. Повреждение ДНК, которая остается нерепарированной или неправильно репарированной, может выражаться в виде мутаций, частота которых, по-видимому, возрастает как линейная, непороговая функция дозы, примерно в 10 раз.-5 в 10-6 на локус на Гр (NAS 1990). Тот факт, что частота мутаций пропорциональна дозе, интерпретируется как означающий, что прохождения ДНК одной ионизирующей частицей может быть, в принципе, достаточно, чтобы вызвать мутацию (NAS 1990). У жертв чернобыльской аварии зависимость доза-реакция для мутаций гликофорина в клетках костного мозга очень похожа на зависимость, наблюдаемую у выживших после атомной бомбардировки (Jensen, Langlois and Bigbee 1995).
Воздействие на хромосомы. Радиационное повреждение генетического аппарата может также вызвать изменения в числе и структуре хромосом, частота которых, как было замечено, увеличивается с дозой у работников, выживших после атомной бомбардировки, и других лиц, подвергшихся ионизирующему излучению. Зависимость доза-реакция для хромосомных аберраций в лимфоцитах крови человека (рис. 2) охарактеризована достаточно хорошо, так что частота аберраций в таких клетках может служить полезным биологическим дозиметром (IAEA 1986).
Рис. 2. Частота аберраций дицентрических хромосом в лимфоцитах человека в зависимости от дозы, мощности дозы и качества облучения in vitro
Влияние на выживаемость клеток. Одной из самых ранних реакций на облучение является угнетение клеточного деления, которое проявляется сразу после облучения, варьируя как по степени, так и по продолжительности в зависимости от дозы (рис. 3). Хотя ингибирование митоза обычно носит временный характер, радиационное повреждение генов и хромосом может быть летальным для делящихся клеток, которые как класс очень радиочувствительны (ICRP 1984). Измеряемая с точки зрения пролиферативной способности, выживаемость делящихся клеток имеет тенденцию к экспоненциальному снижению с увеличением дозы, от 1 до 2 Гр обычно достаточно для сокращения выживающей популяции примерно на 50% (рис. 4).
Рисунок 3. Митотическое ингибирование, индуцированное рентгеновскими лучами в эпителиальных клетках роговицы крысы.
Рисунок 4. Типичные кривые доза-выживаемость для клеток млекопитающих, подвергшихся воздействию рентгеновского излучения и быстрых нейтронов.
Воздействие на ткани. Зрелые, неделящиеся клетки относительно радиорезистентны, но делящиеся клетки в ткани радиочувствительны и могут погибнуть в достаточном количестве при интенсивном облучении, чтобы вызвать атрофию ткани (рис. 5). Скорость такой атрофии зависит от динамики клеточной популяции в пораженной ткани; то есть в органах, характеризующихся медленным обновлением клеток, таких как печень и эндотелий сосудов, процесс обычно протекает гораздо медленнее, чем в органах, характеризующихся быстрым обновлением клеток, таких как костный мозг, эпидермис и слизистая оболочка кишечника (ICRP 1984). Примечательно, кроме того, что если объем облучаемой ткани достаточно мал или если доза накапливается достаточно постепенно, тяжесть поражения может быть значительно уменьшена за счет компенсаторной пролиферации выживших клеток.
Рис. 5. Характерная последовательность событий в патогенезе нестохастических эффектов ионизирующего излучения.
Клинические проявления травмы
Типы эффектов. Радиационные эффекты охватывают широкий спектр реакций, заметно различающихся по зависимости доза-реакция, клиническим проявлениям, срокам и прогнозу (Mettler and Upton 1995). Эффекты часто для удобства подразделяются на две широкие категории: (1) наследственный эффекты, которые выражаются в потомках облученных особей, и (2) соматический эффекты, которые выражаются у самих облученных лиц. К последним относятся острые эффекты, которые проявляются относительно скоро после облучения, а также поздние (или хронические) эффекты, такие как рак, которые могут проявиться лишь спустя месяцы, годы или десятилетия.
Острые эффекты. Острые эффекты радиации возникают преимущественно в результате истощения клеток-предшественников в пораженных тканях (рис. 5) и могут быть вызваны только дозами, достаточно большими, чтобы убить многие такие клетки (например, таблица 2). По этой причине такие эффекты рассматриваются как нестохастическийили детерминистический, в природе (ICRP 1984 и 1991), в отличие от мутагенных и канцерогенных эффектов радиации, которые рассматриваются как стохастический явления, возникающие в результате случайных молекулярных изменений в отдельных клетках, которые возрастают как линейно-беспороговые функции дозы (NAS 1990; ICRP 1991).
Таблица 2. Ориентировочные пороговые дозы традиционно фракционированного терапевтического рентгеновского излучения для клинически вредных нестохастических эффектов в различных тканях
Органной |
Травма в 5 лет |
порог |
иррадиация |
Кожа |
Язва, выраженный фиброз |
55 |
100 см2 |
Слизистая оболочка полости рта |
Язва, выраженный фиброз |
60 |
50 см2 |
пищевод |
Язва, стриктура |
60 |
75 см2 |
Живот |
Язва, перфорация |
45 |
100 см2 |
Тонкий кишечник |
Язва, стриктура |
45 |
100 см2 |
Двоеточие |
Язва, стриктура |
45 |
100 см2 |
прямая кишка |
Язва, стриктура |
55 |
100 см2 |
Слюнные железы |
ксеростомия |
50 |
50 см2 |
Печень |
Печеночная недостаточность, асцит |
35 |
все |
Почка |
Нефросклероз |
23 |
все |
Мочевой пузырь |
Язва, контрактура |
60 |
все |
Испытания |
Постоянная стерильность |
5-15 |
все |
яичник |
Постоянная стерильность |
2-3 |
все |
матка |
Некроз, перфорация |
> 100 |
все |
Влагалище |
Язва, свищ |
90 |
5 см2 |
грудь, ребенок |
гипоплазия |
10 |
5 см2 |
Грудь, взрослая |
Атрофия, некроз |
> 50 |
все |
легкое |
Пневмонит, фиброз |
40 |
мочка |
Капилляры |
Телеангиэктазии, фиброз |
50-60 |
s |
Сердце |
Перикардит, панкардит |
40 |
все |
Кость, ребенок |
Задержка роста |
20 |
10 см2 |
Кость, взрослый |
Некроз, перелом |
60 |
10 см2 |
Хрящ, ребенок |
Задержка роста |
10 |
все |
Хрящ, взрослый |
Некроз |
60 |
все |
Центральная нервная система (головной мозг) |
Некроз |
50 |
все |
Спинной мозг |
Некроз, пересечение |
50 |
5 см2 |
глаз |
Панофтальмит, кровоизлияние |
55 |
все |
роговица |
кератит |
50 |
все |
объектив |
Катаракта |
5 |
все |
Ухо (внутреннее) |
Глухота |
> 60 |
все |
Щитовидная железа |
Гипотиреоз |
45 |
все |
Надпочечник |
Гипоадренализм |
> 60 |
все |
Гипофиз |
Гипопитуитаризм |
45 |
все |
Мышца, ребенок |
гипоплазия |
20-30 |
все |
Мышца, взрослый |
атрофия |
> 100 |
все |
Костный мозг |
гипоплазия |
2 |
все |
Костный мозг |
Гипоплазия, фиброз |
20 |
локализованный |
Лимфатический узел |
атрофия |
33-45 |
s |
лимфатический |
Склероз |
50 |
s |
эмбрион |
Смерть |
2 |
все |
* Доза, вызывающая эффект у 1-5 % облученных лиц.
Источник: Рубин и Касаретт, 1972 г.
Острые травмы тех типов, которые были распространены у первых радиационных работников и первых пациентов лучевой терапии, в значительной степени устранены за счет улучшения мер предосторожности и методов лечения. Тем не менее, большинство пациентов, получающих лучевую терапию сегодня, по-прежнему испытывают некоторое повреждение нормальной ткани, подвергшейся облучению. Кроме того, продолжают происходить серьезные радиационные аварии. Например, в период с 285 по 1945 год в различных странах было зарегистрировано около 1987 аварий на ядерных реакторах (исключая Чернобыльскую аварию), в результате которых было облучено более 1,350 человек, 33 из них со смертельным исходом (Lushbaugh, Fry and Ricks, 1987). Одна только Чернобыльская авария привела к выбросу достаточного количества радиоактивного материала, чтобы потребовалась эвакуация десятков тысяч людей и сельскохозяйственных животных из окрестностей, и она вызвала лучевую болезнь и ожоги у более чем 200 сотрудников аварийно-спасательных служб и пожарных, 31 человек был смертельно ранен (НКДАР ООН, 1988 г.). ). Долгосрочные последствия для здоровья выброшенного радиоактивного материала невозможно предсказать с уверенностью, но оценки результирующих рисков канцерогенных эффектов, основанные на беспороговых моделях «доза-заболеваемость» (обсуждаемых ниже), предполагают, что до 30,000 70 дополнительных смертей от рака могут произойти в населения северного полушария в течение следующих 1987 лет в результате аварии, хотя дополнительные случаи рака в любой данной стране, вероятно, будут слишком малы, чтобы их можно было обнаружить эпидемиологически (USDOE XNUMX).
Менее катастрофическими, но гораздо более многочисленными, чем аварии на реакторах, были аварии с медицинскими и промышленными источниками гамма-излучения, которые также привели к травмам и гибели людей. Например, неправильная утилизация источника радиотерапии на основе цезия-137 в Гоянии, Бразилия, в 1987 г. привела к облучению десятков ничего не подозревающих жертв, четверо из них со смертельным исходом (НКДАР ООН, 1993 г.).
Всестороннее обсуждение радиационных поражений выходит за рамки данного обзора, но острые реакции более радиочувствительных тканей представляют большой интерес и поэтому кратко описаны в следующих разделах.
Кожа. Клетки зародышевого слоя эпидермиса обладают высокой радиочувствительностью. В результате быстрое воздействие на кожу дозы 6 Зв или более вызывает эритему (покраснение) в области облучения, которая появляется в течение дня или около того, обычно длится несколько часов, а через две-четыре недели сменяется покраснением. одна или несколько волн более глубокой и продолжительной эритемы, а также при эпиляции (выпадение волос). Если доза превышает 10-20 Зв, в течение двух-четырех недель могут появиться волдыри, некроз и изъязвление, за которыми следует фиброз нижележащей дермы и сосудов, что может привести к атрофии и второй волне изъязвления спустя месяцы или годы (ICRP 1984). ).
Костный мозг и лимфоидная ткань. Лимфоциты также очень радиочувствительны; доза от 2 до 3 Зв, быстро введенная во все тело, может убить их достаточно, чтобы снизить количество периферических лимфоцитов и ослабить иммунный ответ в течение нескольких часов (UNSCEAR 1988). Гемопоэтические клетки в костном мозге также радиочувствительны и истощаются в достаточной степени при сопоставимой дозе, чтобы вызвать гранулоцитопению и тромбоцитопению в течение трех-пяти недель. Такое снижение количества гранулоцитов и тромбоцитов может быть достаточно серьезным после приема большей дозы, что может привести к кровотечению или смертельной инфекции (таблица 3).
Таблица 3. Основные формы и особенности острого лучевого синдрома
Время после |
Церебральная форма |
гастро- |
Кроветворная форма |
Легочная форма |
Первый день |
тошнота |
тошнота |
тошнота |
тошнота |
Вторая неделя |
тошнота |
|||
С третьего по шестой |
слабость |
|||
Со второго по восьмой |
кашлять |
Источник: НКДАР ООН, 1988 г.
Кишка. Стволовые клетки в эпителии, выстилающем тонкую кишку, также чрезвычайно радиочувствительны: острое облучение дозой 10 Зв истощает их количество настолько, что в течение нескольких дней покрывающие их кишечные ворсинки оголяются (ICRP 1984; UNSCEAR 1988). Обнажение большого участка слизистой оболочки может привести к молниеносному, быстро фатальному дизентерийному синдрому (таблица 3).
Половые. Зрелые сперматозоиды могут пережить большие дозы (100 Зв), но сперматогонии настолько радиочувствительны, что всего 0.15 Зв, быстро доставленных в оба яичка, достаточно, чтобы вызвать олигоспермию, а доза от 2 до 4 Зв может вызвать постоянную стерильность. Ооциты также являются радиочувствительными, доза от 1.5 до 2.0 Зв быстро доставляется в оба яичника, вызывая временное бесплодие, а большая доза - постоянное бесплодие, в зависимости от возраста женщины на момент облучения (ICRP 1984).
Дыхательные пути. Легкие не обладают высокой радиочувствительностью, но быстрое облучение в дозе от 6 до 10 Зв может привести к развитию острого пневмонита в зоне облучения в течение одного-трех месяцев. Если поражен большой объем легочной ткани, процесс может привести к дыхательной недостаточности в течение нескольких недель или может привести к легочному фиброзу и легочному сердцу через месяцы или годы (ICRP 1984; UNSCEAR 1988).
Линза глаза. Клетки переднего эпителия хрусталика, продолжающие делиться на протяжении всей жизни, относительно радиочувствительны. В результате быстрое облучение хрусталика дозой, превышающей 1 Зв, может привести в течение месяцев к образованию микроскопического заднего полярного помутнения; и от 2 до 3 Зв, полученных за однократное кратковременное облучение, или от 5.5 до 14 Зв, накопленных в течение нескольких месяцев, могут вызвать катаракту, ухудшающую зрение (ICRP 1984).
Другие ткани. По сравнению с указанными выше тканями другие ткани организма в целом значительно менее радиочувствительны (например, табл. 2); однако эмбрион представляет собой заметное исключение, как обсуждается ниже. Примечателен также тот факт, что радиочувствительность каждой ткани увеличивается, когда она находится в быстрорастущем состоянии (ICRP 1984).
Радиационное поражение всего тела. Быстрое облучение большей части тела дозой, превышающей 1 Гр, может вызвать острый лучевой синдром. Этот синдром включает: (1) начальную продромальную стадию, характеризующуюся недомоганием, анорексией, тошнотой и рвотой, (2) последующий латентный период, (3) вторую (основную) фазу болезни и (4) в конечном итоге либо выздоровление, либо смерть (таблица 3). Основная фаза заболевания обычно протекает в одной из следующих форм в зависимости от преобладающего очага лучевого поражения: (1) гематологическая, (2) желудочно-кишечная, (3) церебральная или (4) легочная (табл. 3).
Локальное лучевое поражение. В отличие от клинических проявлений острого лучевого поражения всего тела, которые, как правило, драматичны и незамедлительны, реакция на резко локализованное облучение, будь то от внешнего источника излучения или от внутренне депонированного радионуклида, имеет тенденцию развиваться медленно и вызывать мало симптомов или признаков. если только объем облучаемой ткани и/или доза не являются относительно большими (например, таблица 3).
Воздействие радионуклидов. Некоторые радионуклиды — например, тритий (3Н), углерод-14 (14С) и цезий-137 (137Cs) - обычно распределяются системно и облучают организм в целом, в то время как другие радионуклиды, как правило, поглощаются и концентрируются в определенных органах, вызывая поражения соответствующей локализации. Радий (Ra) и стронций-90
(90Sr), например, откладываются преимущественно в костях и, таким образом, повреждают главным образом ткани скелета, тогда как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, которая является основным местом любого последующего повреждения (Stannad 1988; Mettler and Upton 1995).
Канцерогенные эффекты
Общие черты. Канцерогенность ионизирующего излучения, впервые проявившаяся в начале этого века в виде возникновения рака кожи и лейкемии у пионеров-радиаторов (Upton, 1986), с тех пор была широко задокументирована дозозависимым увеличением многих типов новообразований у маляров с радиевыми циферблатами. подземные шахтеры, выжившие после атомной бомбардировки, пациенты лучевой терапии и экспериментально облученные лабораторные животные (Upton 1986; NAS 1990).
Доброкачественные и злокачественные новообразования, вызванные облучением, обычно проявляются через годы или десятилетия и не проявляют известных признаков, по которым их можно отличить от новообразований, вызванных другими причинами. Более того, за немногими исключениями, их индукцию можно было обнаружить только после относительно больших эквивалентов доз (0.5 Зв) и она варьировала в зависимости от типа новообразования, а также от возраста и пола подвергшихся облучению (NAS 1990).
Механизмы. Молекулярные механизмы радиационного канцерогенеза еще предстоит выяснить в деталях, но на лабораторных животных и культивируемых клетках наблюдались канцерогенные эффекты радиации, включающие инициирующие эффекты, стимулирующие эффекты и эффекты на прогрессирование неоплазии, в зависимости от условий эксперимента. вопрос (НАН 1990). Эффекты также, по-видимому, связаны с активацией онкогенов и/или инактивацией или потерей генов-супрессоров опухолей во многих, если не во всех, случаях. Кроме того, канцерогенные эффекты радиации сходны с эффектами химических канцерогенов в том, что они аналогичным образом модифицируются гормонами, переменными питания и другими модифицирующими факторами (NAS 1990). Примечательно, кроме того, что эффекты радиации могут быть аддитивными, синергическими или взаимно антагонистическими с эффектами химических канцерогенов, в зависимости от конкретных химических веществ и рассматриваемых условий воздействия (НКДАР ООН, 1982 и 1986).
Зависимость доза-эффект. Существующих данных недостаточно, чтобы однозначно описать зависимость между дозой и заболеваемостью для любого типа новообразования или определить, как долго после облучения риск роста может оставаться повышенным у облученного населения. Таким образом, любые риски, связанные с низким уровнем облучения, могут быть оценены только путем экстраполяции на основе моделей, включающих предположения о таких параметрах (NAS 1990). Из различных моделей доза-эффект, которые использовались для оценки рисков низкоуровневого облучения, модель, которая, как было сочтено, лучше всего соответствует имеющимся данным, имеет вид:
в котором R0 обозначает возрастной фоновый риск смерти от определенного вида рака, D доза облучения, ф(Д) функция дозы, которая является линейно-квадратичной для лейкемии и линейной для некоторых других типов рака, и г (б) представляет собой функцию риска, зависящую от других параметров, таких как пол, возраст на момент воздействия и время после воздействия (NAS 1990).
Беспороговые модели этого типа применялись к эпидемиологическим данным о японцах, переживших атомные бомбардировки, и других облученных группах населения для получения оценок пожизненного риска различных форм радиационно-индуцированного рака (например, таблица 4). Однако такие оценки следует интерпретировать с осторожностью, пытаясь предсказать риск рака, связанный с малыми дозами или дозами, которые накапливаются в течение недель, месяцев или лет, поскольку эксперименты на лабораторных животных показали канцерогенную активность рентгеновских и гамма-лучей. уменьшаться на порядок при длительном воздействии. На самом деле, как подчеркивалось в другом месте (NAS 1990), имеющиеся данные не исключают возможности того, что в диапазоне эквивалентной дозы в миллизивертах (мЗв) может существовать пороговое значение, ниже которого радиация не может быть канцерогенной.
Таблица 4. Расчетные пожизненные риски рака, связанные с быстрым облучением 0.1 Зв
Тип или локализация рака |
Избыточная смертность от рака на 100,000 XNUMX человек |
|
(Нет) |
(%)* |
|
Живот |
110 |
18 |
легкое |
85 |
3 |
Двоеточие |
85 |
5 |
Лейкемия (исключая ХЛЛ) |
50 |
10 |
Мочевой пузырь |
30 |
5 |
пищевод |
30 |
10 |
Грудь |
20 |
1 |
Печень |
15 |
8 |
Половые |
10 |
2 |
Щитовидная железа |
8 |
8 |
Остеосаркома |
5 |
5 |
Кожа |
2 |
2 |
остаток |
50 |
1 |
Всего |
500 |
2 |
* Процентное увеличение «фонового» ожидания для необлученного населения.
Источник: МКРЗ, 1991 г.
Следует также отметить, что приведенные в таблице оценки основаны на средних показателях населения и не обязательно применимы к любому конкретному человеку; предрасположенность к некоторым видам рака (например, к раку щитовидной железы и молочной железы) значительно выше у детей, чем у взрослых, а предрасположенность к некоторым видам рака также повышена в связи с некоторыми наследственными заболеваниями, такими как ретинобластома и невоидная синдром базально-клеточной карциномы (UNSCEAR 1988, 1994; NAS 1990). Несмотря на такие различия в восприимчивости, популяционные оценки были предложены для использования в случаях компенсации в качестве основы для измерения вероятности того, что рак, возникший у ранее облученного человека, мог быть вызван рассматриваемым облучением (NIH 1985).
Оценка риска малых доз. Эпидемиологические исследования, направленные на выяснение того, действительно ли риск развития рака в результате облучения в малых дозах зависит от дозы, как это предсказывается вышеприведенными оценками, до сих пор не дали окончательных результатов. У населения, проживающего в районах с повышенным уровнем естественного радиационного фона, не наблюдается явного увеличения заболеваемости раком (NAS 1990; UNSCEAR 1994); и наоборот, в нескольких исследованиях даже была предложена обратная зависимость между уровнями фонового излучения и заболеваемостью раком, что было интерпретировано некоторыми наблюдателями как свидетельство существования полезных (или горметических) эффектов низкоуровневого облучения в соответствии с адаптивными реакциями. некоторых сотовых систем (UNSCEAR 1994). Однако обратное соотношение имеет сомнительное значение, поскольку оно не сохраняется после учета влияния смешанных переменных (NAS 1990). Точно так же у сегодняшних радиационных рабочих — за исключением некоторых когорт подземных горняков (NAS, 1994; Lubin, Boice and Edling, 1994) — заболеваемость другими видами рака, кроме лейкемии, больше не поддается обнаружению (UNSCEAR 1994) благодаря достижениям в радиационной защите; более того, уровень заболеваемости лейкемией у таких рабочих согласуется с оценками, приведенными в таблице выше (IARC 1994). Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные согласуются с приведенными выше оценками (таблица 4), из которых следует, что менее 3% случаев рака среди населения в целом связаны с естественным радиационным фоном (NAS 1990; IARC 1994), хотя до 10% случаев рака легких может быть связано с радоном внутри помещений (NAS 1990; Lubin, Boice and Edling 1994).
Было обнаружено, что высокие уровни радиоактивных осадков в результате испытания термоядерного оружия в Бикини в 1954 г. вызывали дозозависимое увеличение частоты рака щитовидной железы у жителей Маршалловых островов, получивших большие дозы облучения щитовидной железы в детстве (Robbins and Adams 1989). Точно так же у детей, живущих в районах Беларуси и Украины, загрязненных радионуклидами, выброшенными в результате Чернобыльской аварии, отмечается повышенная заболеваемость раком щитовидной железы (Присяжуйк, Пятак и Бузанов, 1991; Касаков, Демидчик и Астахова, 1992), но результаты в отличие от результатов Международного чернобыльского проекта, в ходе которого у детей, живущих в наиболее загрязненных районах вокруг Чернобыля, не было выявлено избыточного количества доброкачественных или злокачественных узлов щитовидной железы (Mettler, Williamson and Royal 1992). Основание для расхождений, а также то, могли ли сообщаемые превышения быть результатом только усиленного надзора, еще предстоит определить. В этой связи следует отметить, что у детей юго-западной части штата Юта и Невады, подвергшихся воздействию радиоактивных осадков в результате испытаний ядерного оружия в Неваде в 1950-х годах, увеличилась частота любого типа рака щитовидной железы (Kerber et al., 1993). и распространенность острого лейкоза, по-видимому, была выше среди таких детей, умерших между 1952 и 1957 годами, периодом наибольшего воздействия радиоактивных осадков (Stevens et al., 1990).
Высказывалось также предположение о том, что избыточная заболеваемость лейкемией среди детей, проживающих вблизи атомных электростанций в Соединенном Королевстве, могла быть вызвана выбросом радиоактивности с этих станций. Однако выбросы, по оценкам, увеличили общую дозу облучения таких детей менее чем на 2%, из чего следует, что более вероятны другие объяснения (Doll, Evans and Darby, 1994). Неэффективная этиология наблюдаемых кластеров лейкемии подразумевается наличием сравнимых избытков детской лейкемии в местах в Великобритании, где нет ядерных установок, но в остальном они напоминают ядерные объекты, поскольку в последнее время наблюдались аналогичные большие притоки населения (Kinlen 1988; Doll , Эванс и Дарби, 1994). Другая гипотеза, а именно, что лейкозы, о которых идет речь, могли быть вызваны профессиональным облучением отцов больных детей, также была предложена в результате исследования случай-контроль (Gardner et al., 1990), но эта гипотеза неверна. обычно не учитываются по причинам, которые обсуждаются в следующем разделе.
Наследственные эффекты
Наследственные эффекты облучения, хотя и хорошо задокументированные для других организмов, еще не наблюдались у людей. Например, интенсивное исследование более чем 76,000 1990 детей, переживших японскую атомную бомбардировку, проводившееся в течение четырех десятилетий, не выявило каких-либо наследственных эффектов радиации в этой популяции, измеряемых неблагоприятными исходами беременности, неонатальной смертностью, злокачественными новообразованиями, сбалансированным хромосомные перестройки, анеуплоидия половых хромосом, изменения фенотипов белков сыворотки или эритроцитов, изменения соотношения полов или нарушения роста и развития (Neel, Schull and Awa, 1990). Следовательно, оценки рисков наследственных эффектов радиации должны в значительной степени основываться на экстраполяции данных, полученных на лабораторных мышах и других экспериментальных животных (NAS 1993; UNSCEAR XNUMX).
На основании имеющихся экспериментальных и эпидемиологических данных делается вывод, что доза, необходимая для удвоения частоты наследственных мутаций в зародышевых клетках человека, должна составлять не менее 1.0 Зв (NAS 1990; UNSCEAR 1993). На этом основании подсчитано, что менее 1% всех генетически детерминированных заболеваний в человеческой популяции можно отнести к естественному фоновому облучению (табл. 5).
Таблица 5. Расчетная частота наследственных заболеваний, связанных с естественным фоновым ионизирующим облучением
Тип расстройства |
Естественное распространение |
Вклад от природного фона |
|
Первое поколение |
Равновесие |
||
аутосомный |
180,000 |
20-100 |
300 |
Х-хромосома |
400 |
<1 |
|
Рецессивный |
2,500 |
<1 |
очень медленное увеличение |
хромосомный |
4,400 |
очень медленное увеличение |
|
Врожденный |
20,000-30,000 |
30 |
30-300 |
Другие расстройства сложной этиологии: |
|||
Болезнь сердца |
600,000 |
не оценивается4 |
не оценивается4 |
рак |
300,000 |
не оценивается4 |
не оценивается4 |
Выбранные другие |
300,000 |
не оценивается4 |
не оценивается4 |
1 Эквивалентно » 1 мЗв в год или » 30 мЗв на поколение (30 лет).
2 Значения округлены.
3 После сотен поколений добавление неблагоприятных мутаций, вызванных радиацией, в конечном итоге уравновешивается их исчезновением из популяции, что приводит к генетическому «равновесию».
4 Количественные оценки риска отсутствуют из-за неопределенности в отношении мутационного компонента указанного заболевания (заболеваний).
Источник: Национальный исследовательский совет, 1990 г.
Гипотеза о том, что избыточная заболеваемость лейкемией и неходжкинской лимфомой у молодых людей, проживающих в поселке Сискейл, возникла в результате наследственных онкогенных эффектов, вызванных профессиональным облучением отцов детей на ядерной установке в Селлафилде, была высказана по результатам случая- контрольное исследование (Gardner et al. 1990), как отмечалось выше. Однако аргументы против этой гипотезы следующие:
Таким образом, имеющиеся данные не подтверждают гипотезу облучения отцовских половых желез (Doll, Evans and Darby, 1994; Little, Charles and Wakeford, 1995).
Эффекты пренатального облучения
Радиочувствительность относительно высока на протяжении всей внутриутробной жизни, но эффекты данной дозы заметно различаются в зависимости от стадии развития эмбриона или плода во время облучения (UNSCEAR 1986). В преимплантационном периоде зародыш наиболее подвержен гибели при облучении, а на критических стадиях органогенеза он восприимчив к индукции пороков развития и других нарушений развития (табл. 6). Последние эффекты наглядно иллюстрируются дозозависимым увеличением частоты тяжелой умственной отсталости (рис. 6) и дозозависимым снижением результатов теста IQ у выживших после атомной бомбардировки, подвергшихся воздействию между восьмой и пятнадцатой неделями (и, в меньшей степени между шестнадцатой и двадцать пятой неделями) (UNSCEAR 1986 и 1993).
Таблица 6. Основные аномалии развития, вызванные пренатальным облучением
Мозг |
||
анэнцефалия |
порэнцефалия |
Микроцефалия* |
Энцефалоцеле |
монголизм* |
Уменьшенный мозговой слой |
Церебральная атрофия |
Умственная отсталость* |
Нейробластома |
Узкий акведук |
Гидроцефалия* |
Расширение желудочков* |
Аномалии спинного мозга* |
Аномалии черепных нервов |
|
Глаза |
||
анофтальмии |
Микрофтальм* |
Микрокорния* |
Колобома* |
Деформированная радужка |
Отсутствие объектива |
Отсутствие сетчатки |
Открытые веки |
Косоглазие* |
нистагм* |
Ретинобластома |
Гиперметропия |
Глаукома |
Катаракта* |
слепота |
Хориоретинит* |
Частичный альбинизм |
Анкилоблефарон |
Скелет |
||
Общая задержка роста |
Уменьшенный размер черепа |
Деформации черепа* |
Дефекты окостенения головы* |
Сводчатый череп |
Узкая головка |
Черепные волдыри |
Расщелина неба* |
Сундук-воронка |
Вывих бедра |
Spina bifida |
Деформированный хвост |
Деформированные ноги |
Косолапость* |
Цифровые аномалии* |
вальгусная пяточная кость |
Несовершенный одонтогенез* |
Большеберцовый экзостоз |
Амеланогенез* |
Склератомный некроз |
|
Прочее |
||
Ситус инверсус |
Гидронефроз |
Гидроуретер |
гидроцель |
Отсутствие почки |
Аномалии гонад* |
Врожденный порок сердца |
Деформации лица |
Гипофизарные нарушения |
Деформации ушей |
Двигательные нарушения |
Дерматомный некроз |
Миотомальный некроз |
Аномалии пигментации кожи |
* Эти аномалии наблюдались у людей, подвергшихся внутриутробному облучению большими дозами, и, следовательно, были предварительно приписаны облучению.
Источник: Брилл и Форготсон, 1964 г.
Восприимчивость к канцерогенным эффектам радиации также оказывается относительно высокой на протяжении всего пренатального периода, судя по связи между детским раком (включая лейкемию) и пренатальным облучением диагностическим рентгеновским излучением, о котором сообщалось в исследованиях случай-контроль (NAS 1990). Результаты таких исследований подразумевают, что пренатальное облучение может вызывать повышение риска лейкемии и других онкологических заболеваний у детей на 4,000% на Зв (UNSCEAR 1986; NAS 1990), что намного больше, чем при постнатальном облучении (UNSCEAR 1988; НАН 1990). Хотя, как это ни парадоксально, у выживших после взрыва атомной бомбы, подвергшихся внутриутробному облучению, не было зарегистрировано никакого увеличения заболеваемости раком у детей (Yoshimoto et al. 1990), как отмечалось выше, таких выживших было слишком мало, чтобы исключить превышение рассматриваемой величины.
Рисунок 6. Частота тяжелой умственной отсталости в зависимости от дозы облучения у внутриутробно облученных лиц, переживших атомную бомбардировку
Итоги и выводы
Неблагоприятное воздействие ионизирующего излучения на здоровье человека весьма разнообразно: от травм с быстрым смертельным исходом до онкологических заболеваний, врожденных дефектов и наследственных заболеваний, проявляющихся спустя месяцы, годы или десятилетия. Характер, частота и тяжесть последствий зависят от качества рассматриваемого излучения, а также от дозы и условий облучения. Большинство таких эффектов требуют относительно высоких уровней облучения и, следовательно, встречаются только у жертв несчастных случаев, пациентов, проходящих лучевую терапию, или у других сильно облученных людей. Напротив, предполагается, что генотоксические и канцерогенные эффекты ионизирующего излучения возрастают по частоте как линейные непороговые функции дозы; следовательно, хотя существование порогов для этих эффектов нельзя исключить, предполагается, что их частота увеличивается с любым уровнем воздействия. Для большинства эффектов радиации чувствительность облученных клеток зависит от скорости их пролиферации и, обратно, от степени их дифференцировки, при этом эмбрион и растущий ребенок особенно уязвимы для повреждения.
Типы ионизирующего излучения
Альфа-частицы
Альфа-частица представляет собой тесно связанный набор из двух протонов и двух нейтронов. Он идентичен гелию-4 (4Он) ядро. Действительно, его окончательная судьба после того, как он потеряет большую часть своей кинетической энергии, состоит в том, чтобы захватить два электрона и стать атомом гелия.
Альфа-излучающие радионуклиды обычно представляют собой относительно массивные ядра. Почти все альфа-излучатели имеют атомный номер больше или равный атомному номеру свинца (82Пб). Когда ядро распадается с испусканием альфа-частицы, его атомный номер (число протонов) и число нейтронов уменьшаются на два, а его атомное массовое число уменьшается на четыре. Например, альфа-распад урана-238 (238U) до тория-234 (234Th) представлен:
Верхний левый индекс — это атомное массовое число (количество протонов плюс нейтронов), левый нижний индекс — атомный номер (количество протонов), а правый нижний индекс — количество нейтронов.
Обычные альфа-излучатели испускают альфа-частицы с кинетической энергией от 4 до 5.5 МэВ. Такие альфа-частицы имеют пробег в воздухе не более примерно 5 см (см. рис. 1). Для проникновения в эпидермис (защитный слой кожи толщиной 7.5 мм) необходимы альфа-частицы с энергией не менее 0.07 МэВ. Альфа-излучатели обычно не представляют внешней радиационной опасности. Они опасны только при попадании внутрь организма. Поскольку они отдают свою энергию на небольшом расстоянии, альфа-частицы представляют собой излучение с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) и имеют большой весовой коэффициент излучения; как правило, w R= 20.
Рис. 1. Энергетическая дальность излучения медленных альфа-частиц в воздухе на высотах 15 и 760 м.
Бета-частицы
Бета-частица — это высокоэнергетический электрон или позитрон. (Позитрон является античастицей электрона. Он имеет ту же массу и большинство других свойств, что и электрон, за исключением его заряда, который точно такой же по величине, как и у электрона, но положителен.) Бета-излучающие радионуклиды могут иметь высокий или низкий атомный вес.
Радионуклиды, имеющие избыток протонов по сравнению со стабильными нуклидами примерно того же атомного массового числа, могут распадаться при превращении протона в ядре в нейтрон. Когда это происходит, ядро испускает позитрон и чрезвычайно легкую, очень невзаимодействующую частицу, называемую нейтрино. (Нейтрино и его античастица не представляют интереса для радиационной защиты.) Когда позитрон отдает большую часть своей кинетической энергии, в конце концов он сталкивается с электроном, и оба аннигилируют. Произведенное аннигиляционное излучение почти всегда представляет собой два фотона с энергией 0.511 кэВ (килоэлектрон-вольт), движущихся в направлениях, разнесенных на 180 градусов. Типичный распад позитрона представлен:
где позитрон представлен β+ и нейтрино n. Обратите внимание, что полученный нуклид имеет такое же атомное массовое число, что и исходный нуклид, атомное (протонное) число больше на единицу и число нейтронов меньше на единицу, чем у исходного нуклида.
Электронный захват конкурирует с распадом позитрона. При распаде электронного захвата ядро поглощает орбитальный электрон и испускает нейтрино. Типичный распад электронного захвата определяется выражением:
Захват электрона всегда возможен, когда полученное ядро имеет меньшую полную энергию, чем исходное ядро. Однако для распада позитрона необходимо, чтобы полная энергия начального атом больше, чем в результате атом более чем на 1.02 МэВ (вдвое больше энергии покоя позитрона).
Подобно распаду захвата позитронов и электронов, негатрон (β–) распад происходит для ядер, имеющих избыток нейтронов по сравнению со стабильными ядрами примерно того же атомного массового числа. В этом случае ядро испускает негатрон (энергетический электрон) и антинейтрино. Типичный распад негатрона представлен:
где негатрон представлен β– и антинейтрино by`n Здесь образовавшееся ядро получает один нейтрон за счет одного протона, но опять же не меняет своего атомного массового числа.
Альфа-распад — это реакция двух тел, поэтому альфа-частицы испускаются с дискретной кинетической энергией. Однако бета-распад — это реакция трех тел, поэтому бета-частицы испускаются в широком спектре энергий. Максимальная энергия в спектре зависит от распадающегося радионуклида. Средняя бета-энергия в спектре составляет примерно одну треть от максимальной энергии (см. рис. 2).
Рис. 2. Энергетический спектр негатронов, испускаемых 32P
Типичные максимальные энергии бета-излучения находятся в диапазоне от 18.6 кэВ для трития (3H) до 1.71 МэВ для фосфора-32 (32П).
Пробег бета-частиц в воздухе составляет примерно 3.65 м на МэВ кинетической энергии. Бета-частицы с энергией не менее 70 кэВ необходимы для проникновения в эпидермис. Бета-частицы представляют собой излучение с низкой ЛПЭ.
Гамма излучение
Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядром при переходе из более высокого в более низкое энергетическое состояние. Количество протонов и нейтронов в ядре при таком переходе не меняется. Ядро могло остаться в более высоком энергетическом состоянии после более раннего альфа- или бета-распада. То есть гамма-лучи часто испускаются сразу после альфа- или бета-распада. Гамма-лучи также могут возникать в результате захвата нейтронов и неупругого рассеяния субатомных частиц ядрами. Наиболее энергичные гамма-лучи наблюдались в космических лучах.
На рис. 3 представлена схема распада кобальта-60 (60Ко). На нем показан каскад из двух гамма-лучей, испускаемых никелем-60 (60Ni) с энергиями 1.17 МэВ и 1.33 МэВ после бета-распада 60Co.
Рисунок 3. Схема радиоактивного распада для 60Co
На рис. 4 представлена схема распада молибдена-99 (99Мо). Обратите внимание, что полученный технеций-99 (99Tc) ядро находится в возбужденном состоянии, которое длится исключительно длительное время (t½ = 6 ч). Такое возбужденное ядро называется изомер. Период полураспада большинства возбужденных ядерных состояний составляет от нескольких пикосекунд (пс) до 1 микросекунды (мкс).
Рисунок 4. Схема радиоактивного распада для 99Mo
На рис. 5 представлена схема распада мышьяка-74 (74Как). Он показывает, что некоторые радионуклиды распадаются более чем одним путем.
Рисунок 5. Схема радиоактивного распада для 74Поскольку, иллюстрируя конкурирующие процессы эмиссии негатронов, эмиссии позитронов и захвата электронов (m0 масса покоя электрона)
В то время как альфа- и бета-частицы имеют определенный диапазон в веществе, гамма-лучи затухают экспоненциально (без учета накопления, возникающего в результате рассеяния внутри материала) по мере прохождения через вещество. Когда накоплением можно пренебречь, затухание гамма-излучения определяется по формуле:
в котором I (х) - интенсивность гамма-излучения как функция расстояния x в материале, а μ — массовый коэффициент затухания. Массовый коэффициент ослабления зависит от энергии гамма-излучения и от материала, с которым взаимодействуют гамма-лучи. Значения массового коэффициента ослабления сведены в таблицы во многих источниках. На рис. 6 показано поглощение гамма-лучей веществом в условиях хорошей геометрии (наростами можно пренебречь).
Рис. 6. Ослабление гамма-излучения с энергией 667 кэВ в Al и Pb в условиях хорошей геометрии (штриховая линия представляет затухание полиэнергетического фотонного пучка)
Нарастание происходит, когда широкий гамма-пучок взаимодействует с веществом. Измеренная интенсивность в точках внутри материала увеличивается по сравнению с ожидаемым значением «хорошей геометрии» (узкий луч) из-за гамма-лучей, рассеянных по сторонам прямого луча в измерительное устройство. Степень нарастания зависит от геометрии луча, материала и энергии гамма-лучей.
Внутренняя конверсия конкурирует с гамма-излучением, когда ядро переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. При внутренней конверсии внутренний орбитальный электрон выбрасывается из атома вместо того, чтобы ядро испускало гамма-лучи. Выброшенный электрон непосредственно ионизируется. Когда внешние орбитальные электроны переходят на более низкие электронные энергетические уровни, чтобы заполнить вакансию, оставленную выброшенным электроном, атом испускает рентгеновское излучение. Вероятность внутренней конверсии по отношению к вероятности гамма-излучения увеличивается с увеличением атомного номера.
Х-лучи
Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение и, как таковые, идентичны гамма-излучению. Различие между рентгеновскими лучами и гамма-лучами заключается в их происхождении. В то время как гамма-лучи возникают в атомном ядре, рентгеновские лучи возникают в результате взаимодействия электронов. Хотя рентгеновские лучи часто имеют более низкую энергию, чем гамма-лучи, это не критерий их дифференциации. Можно производить рентгеновские лучи с энергией, намного превышающей гамма-лучи, возникающие в результате радиоактивного распада.
Внутренняя конверсия, рассмотренная выше, является одним из методов получения рентгеновских лучей. В этом случае результирующие рентгеновские лучи имеют дискретные энергии, равные разности энергетических уровней, между которыми проходят орбитальные электроны.
Заряженные частицы испускают электромагнитное излучение всякий раз, когда они ускоряются или замедляются. Количество испускаемого излучения обратно пропорционально четвертой степени массы частицы. В результате электроны излучают гораздо больше рентгеновского излучения, чем более тяжелые частицы, такие как протоны, при прочих равных условиях. Рентгеновские системы производят рентгеновские лучи, ускоряя электроны при большой разности электрических потенциалов в несколько кВ или МВ. Затем электроны быстро тормозятся в плотном термостойком материале, таком как вольфрам (W).
Рентгеновские лучи, испускаемые такими системами, имеют энергию, разбросанную по спектру в диапазоне примерно от нуля до максимальной кинетической энергии, которой обладают электроны до торможения. Часто на этот непрерывный спектр накладываются рентгеновские лучи с дискретной энергией. Они образуются, когда замедляющиеся электроны ионизируют материал мишени. Когда другие орбитальные электроны движутся, чтобы заполнить вакансии, оставшиеся после ионизации, они испускают рентгеновские лучи с дискретными энергиями, подобно тому, как испускаются рентгеновские лучи после внутренней конверсии. Их называют характеристика рентгеновские лучи, потому что они характерны для материала мишени (анода). См. рисунок 7 для типичного рентгеновского спектра. На рис. 8 изображена типичная рентгеновская трубка.
Рисунок 7. Спектр рентгеновских лучей, иллюстрирующий вклад характеристических рентгеновских лучей, возникающих при заполнении электронами дырок в K-оболочке W (длина волны рентгеновских лучей обратно пропорциональна их энергии)
Рентгеновские лучи взаимодействуют с веществом так же, как и гамма-лучи, но простое уравнение экспоненциального затухания неадекватно описывает затухание рентгеновских лучей в непрерывном диапазоне энергий (см. рис. 6). Однако, поскольку рентгеновские лучи с более низкой энергией удаляются из луча быстрее, чем рентгеновские лучи с более высокой энергией, когда они проходят через материал, описание затухания приближается к экспоненциальной функции.
Рис. 8. Упрощенная рентгеновская трубка со стационарным анодом и нагреваемой нитью накала.
Нейтроны
Как правило, нейтроны не испускаются в результате естественного радиоактивного распада. Они образуются в ходе ядерных реакций. Ядерные реакторы производят нейтроны в наибольшем количестве, но ускорители частиц и специальные источники нейтронов, называемые (α, n) источниками, также могут генерировать нейтроны.
Ядерные реакторы производят нейтроны, когда ядра урана (U) в ядерном топливе расщепляются или делятся. Действительно, производство нейтронов необходимо для поддержания ядерного деления в реакторе.
Ускорители частиц производят нейтроны, ускоряя заряженные частицы, такие как протоны или электроны, до высоких энергий для бомбардировки стабильных ядер в мишени. Нейтроны — лишь одна из частиц, которые могут образоваться в результате таких ядерных реакций. Например, следующая реакция производит нейтроны в циклотроне, который ускоряет ионы дейтерия для бомбардировки бериллиевой мишени:
Альфа-излучатели, смешанные с бериллием, являются портативными источниками нейтронов. Эти (α, n) источники производят нейтроны в результате реакции:
Источником альфа-частиц могут быть такие изотопы, как полоний-210 (210По),
плутоний-239 (239Pu) и америций-241 (241Являюсь).
Нейтроны обычно классифицируются в соответствии с их энергией, как показано в таблице 1. Эта классификация несколько произвольна и может варьироваться в разных контекстах.
Таблица 1. Классификация нейтронов по кинетической энергии
Тип |
Энергетический диапазон |
Медленный или термальный |
0-0.1 кэВ |
Intermediate |
0.1-20 кэВ |
Быстрый |
20 кэВ-10 МэВ |
Высокая энергия |
>10 МэВ |
Существует ряд возможных режимов взаимодействия нейтронов с веществом, но двумя основными режимами с точки зрения радиационной безопасности являются упругое рассеяние и захват нейтронов.
Упругое рассеяние - это средство, с помощью которого нейтроны с более высокой энергией восстанавливаются до тепловых энергий. Нейтроны более высоких энергий взаимодействуют главным образом за счет упругого рассеяния и, как правило, не вызывают деления или образования радиоактивного материала за счет захвата нейтронов. Именно тепловые нейтроны в первую очередь ответственны за последние типы взаимодействия.
Упругое рассеяние происходит, когда нейтрон взаимодействует с ядром и отскакивает с уменьшенной энергией. Взаимодействующее ядро поглощает кинетическую энергию, которую теряет нейтрон. После такого возбуждения ядро вскоре отдает эту энергию в виде гамма-излучения.
Когда нейтрон в конце концов достигает тепловой энергии (так называемой, потому что нейтрон находится в тепловом равновесии со своим окружением), он легко захватывается большинством ядер. Нейтроны, не имеющие заряда, не отталкиваются положительно заряженным ядром, как протоны. Когда тепловой нейтрон приближается к ядру и попадает в зону действия сильного ядерного взаимодействия, порядка нескольких фм (фм = 10-15 метров), ядро захватывает нейтрон. Результатом может быть радиоактивное ядро, испускающее фотон или другую частицу, или, в случае делящихся ядер, таких как 235U и 239Pu, захватывающее ядро, может делиться на два меньших ядра и большее количество нейтронов.
Законы кинематики показывают, что нейтроны быстрее достигают тепловых энергий, если упругая рассеивающая среда включает большое количество легких ядер. Нейтрон, отскакивая от легкого ядра, теряет гораздо больший процент своей кинетической энергии, чем при отскоке от тяжелого ядра. По этой причине вода и водородосодержащие материалы являются лучшими защитными материалами для замедления нейтронов.
Моноэнергетический пучок нейтронов будет экспоненциально затухать в материале, подчиняясь уравнению, аналогичному приведенному выше для фотонов. Вероятность взаимодействия нейтрона с данным ядром описывается величиной поперечное сечение. Поперечное сечение имеет единицы площади. Специальной единицей поперечного сечения является сарай (б), определяемый:
Чрезвычайно трудно производить нейтроны без сопутствующих гамма- и рентгеновских лучей. В целом можно предположить, что если присутствуют нейтроны, то присутствуют и фотоны высокой энергии.
Источники ионизирующего излучения
Первичные радионуклиды
Первичные радионуклиды встречаются в природе потому, что их периоды полураспада сравнимы с возрастом Земли. В таблице 2 перечислены наиболее важные первичные радионуклиды.
Таблица 2. Первичные радионуклиды
радиоактивный изотоп |
Период полураспада (109 Y) |
Избыток (%) |
238U |
4.47 |
99.3 |
232Th |
14.0 |
100 |
235U |
0.704 |
0.720 |
40K |
1.25 |
0.0117 |
87Rb |
48.9 |
27.9 |
Изотопы урана и тория возглавляют длинную цепочку дочерних радиоизотопов, которые в результате также встречаются в природе. Рисунок 9, AC, иллюстрирует цепочки распада для 232Чт, 238U и 235У соответственно. Поскольку альфа-распад обычно превышает атомное массовое число 205, а атомное массовое число альфа-частицы равно 4, для тяжелых ядер существует четыре различных цепочки распада. Одна из этих цепочек (см. рис. 9, Г), та, что для 237Np, в природе не встречается. Это связано с тем, что в ней нет первичных радионуклидов (то есть ни один радионуклид в этой цепочке не имеет периода полураспада, сравнимого с возрастом Земли).
Рисунок 9. Серия распада (Z = атомный номер; N = атомный массовый номер)
Обратите внимание, что изотопы радона (Rn) встречаются в каждой цепочке (219Р-н, 220Рн и 222Рн). Поскольку Rn представляет собой газ, после образования Rn у него есть шанс выйти в атмосферу из матрицы, в которой он образовался. Однако период полувыведения 219Rn слишком короток, чтобы позволить его значительному количеству достичь зоны дыхания. Относительно короткий период полувыведения 220Rn обычно делает его менее опасным для здоровья, чем 222Рн.
Исключая Rn, первичные радионуклиды, находящиеся вне организма, доставляют населению в среднем около 0.3 мЗв в год эффективной дозы. Фактическая годовая эффективная доза варьирует в широких пределах и определяется в первую очередь концентрацией урана и тория в местной почве. В некоторых частях мира, где распространены монацитовые пески, годовая эффективная доза на члена населения достигает около 20 мЗв. В других местах, например на коралловых атоллах и вблизи морских берегов, значение может составлять всего 0.03 мЗв (см. рис. 9).
Радон обычно рассматривается отдельно от других встречающихся в природе наземных радионуклидов. Он просачивается в воздух из почвы. Попадая в воздух, Rn далее распадается на радиоактивные изотопы Po, висмута (Bi) и Pb. Эти дочерние радионуклиды прикрепляются к частицам пыли, которые могут вдыхаться и задерживаться в легких. Будучи альфа-излучателями, они доставляют почти всю энергию своего излучения в легкие. Подсчитано, что средняя годовая эквивалентная доза в легких от такого облучения составляет около 20 мЗв. Эта эквивалентная доза для легких сравнима с эффективной дозой для всего тела, равной примерно 2 мЗв. Ясно, что Rn и его дочерние радионуклиды вносят наибольший вклад в эффективную дозу фонового излучения (см. рис. 9).
Космические лучи
К космическому излучению относятся энергичные частицы внеземного происхождения, попадающие в атмосферу Земли (главным образом частицы и в основном протоны). Он также включает вторичные частицы; в основном фотоны, нейтроны и мюоны, генерируемые при взаимодействии первичных частиц с газами в атмосфере.
В силу этих взаимодействий атмосфера служит экраном от космического излучения, и чем тоньше этот экран, тем больше эффективная мощность дозы. Таким образом, эффективная мощность дозы космических лучей увеличивается с высотой. Например, мощность дозы на высоте 1,800 метров примерно вдвое больше, чем на уровне моря.
Поскольку первичное космическое излучение состоит в основном из заряженных частиц, на него влияет магнитное поле Земли. Люди, живущие в более высоких широтах, получают большие эффективные дозы космического излучения, чем люди, живущие ближе к экватору Земли. Изменение из-за этого эффекта имеет порядок
от 10%.
Наконец, эффективная мощность дозы космических лучей изменяется в зависимости от модуляции выхода космических лучей Солнца. В среднем космические лучи вносят около 0.3 мЗв в эффективную дозу фонового излучения на все тело.
Космогенные радионуклиды
Космические лучи производят космогенные радионуклиды в атмосфере. Наиболее известными из них являются тритий (3Н), бериллий-7 (7Be), углерод-14 (14С) и натрий-22 (22На). Они образуются при взаимодействии космических лучей с атмосферными газами. Космогенные радионуклиды дают около 0.01 мЗв годовой эффективной дозы. Большая часть этого исходит от 14C.
Радиоактивные осадки
С 1940-х по 1960-е годы проводились масштабные надземные испытания ядерного оружия. В ходе этих испытаний было произведено большое количество радиоактивных материалов, которые были распространены в окружающей среде по всему миру. осадки. Хотя большая часть этого мусора с тех пор распалась на стабильные изотопы, небольшие оставшиеся количества будут источником облучения в течение многих лет. Кроме того, страны, которые продолжают время от времени проводить испытания ядерного оружия в атмосфере, пополняют мировой список ядерных вооружений.
Основным источником радиоактивных осадков в эффективной дозе в настоящее время является стронций-90 (90Sr) и цезий-137 (137Cs), оба из которых имеют период полураспада около 30 лет. Среднегодовая эффективная доза от радиоактивных осадков составляет около 0.05 мЗв.
Радиоактивный материал в организме
Осаждение встречающихся в природе радионуклидов в организме человека происходит главным образом в результате вдыхания и приема внутрь этих материалов с воздухом, пищей и водой. К таким нуклидам относятся радиоизотопы Pb, Po, Bi, Ra, K (калий), C, H, U и Th. Из этих, 40K является крупнейшим вкладчиком. Радионуклиды естественного происхождения, депонированные в организме, вносят около 0.3 мЗв в годовую эффективную дозу.
Машинное излучение
Использование рентгеновских лучей в искусстве лечения является самым большим источником облучения машинным излучением. Миллионы медицинских рентгеновских систем используются по всему миру. Среднее воздействие этих медицинских рентгеновских систем в значительной степени зависит от доступа населения к медицинской помощи. В развитых странах средняя годовая эффективная доза от предписанного врачом облучения рентгеновскими лучами и радиоактивными материалами для диагностики и лечения составляет порядка 1 мЗв.
Рентгеновские лучи являются побочным продуктом большинства ускорителей частиц физики высоких энергий, особенно тех, которые ускоряют электроны и позитроны. Однако надлежащая защита и меры предосторожности, а также ограниченное число людей, подвергающихся риску, делают этот источник радиационного облучения менее значительным, чем вышеупомянутые источники.
Радионуклиды машинного производства
Ускорители частиц могут производить большое количество радионуклидов в различных количествах посредством ядерных реакций. К ускоренным частицам относятся протоны, дейтроны (2ядра H), альфа-частицы, заряженные мезоны, тяжелые ионы и так далее. Материалы мишеней могут быть изготовлены практически из любого изотопа.
Ускорители частиц являются практически единственным источником позитронно-излучающих радиоизотопов. (Ядерные реакторы, как правило, производят богатые нейтронами радиоизотопы, которые распадаются под действием негатронного излучения.) Они также все чаще используются для производства короткоживущих изотопов для медицинских целей, особенно для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Технологически усовершенствованные материалы и потребительские товары
Рентгеновские лучи и радиоактивные материалы появляются, как нужные, так и нежелательные, во многих современных операциях. В таблице 3 перечислены эти источники излучения.
Таблица 3. Источники и оценки соответствующих эффективных доз облучения населения от технологически усовершенствованных материалов и потребительских товаров
Группа I - включает большое количество людей, и индивидуальная эффективная доза очень высока. |
|
Табачные изделия |
Горючие виды топлива |
Бытовое водоснабжение |
Стекло и керамика |
Строительные материалы |
Офтальмологическое стекло |
Горнодобывающая и сельскохозяйственная продукция |
|
Группа II - включает много людей, но эффективная доза относительно мала или ограничена. |
|
Телевизионные приемники |
Материалы для строительства дорог и дорог |
Радиолюминесцентные изделия |
Воздушный транспорт радиоактивных материалов |
Системы досмотра аэропортов |
Искровые облучатели и электронные лампы |
Детекторы газа и аэрозоля (дыма) |
Изделия из тория - стартеры люминесцентных ламп |
Группа III - включает относительно небольшое количество людей, и коллективная эффективная доза невелика. |
|
Изделия из тория - вольфрамовые сварочные прутки |
Источник: НКРЗ, 1987 г.
Основные конструктивные особенности радиационных установок
Опасности, связанные с обращением с источниками излучения и их использованием, требуют специальных элементов проектирования и конструкции, которые не требуются для обычных лабораторий или рабочих зон. Эти специальные конструктивные особенности включаются таким образом, чтобы работник объекта не подвергался чрезмерным помехам, гарантируя, что он или она не подвергается чрезмерному внешнему или внутреннему облучению.
Доступ ко всем зонам, где может произойти облучение от источников излучения или радиоактивных материалов, должен контролироваться не только в отношении работников установки, которым может быть разрешен вход в такие рабочие зоны, но и в отношении типа одежды или средств защиты, которые они должны использовать. износ и меры предосторожности, которые они должны принимать в контролируемых зонах. При проведении таких мер контроля это помогает классифицировать радиационные рабочие зоны на основе наличия ионизирующего излучения, наличия радиоактивного загрязнения или того и другого. Внедрение таких концепций классификации рабочих зон на ранних стадиях планирования приведет к тому, что установка будет иметь все характеристики, необходимые для того, чтобы сделать операции с источниками излучения менее опасными.
Классификация рабочих зон и типов лабораторий
Основой классификации рабочей зоны является группировка радионуклидов по их относительной радиотоксичности на единицу активности. Группа I должна быть отнесена к радионуклидам с очень высокой токсичностью, группа II — к радионуклидам со средней и высокой токсичностью, группа III — к радионуклидам со средней токсичностью и группа IV — к радионуклидам с низкой токсичностью. В таблице 1 представлена классификация групп токсичности многих радионуклидов.
Таблица 1. Классификация радионуклидов по относительной радиотоксичности на единицу активности
Группа I: очень высокая токсичность |
|||||||||
210Pb |
210Po |
223Ra |
226Ra |
228Ra |
227Ac |
227Th |
228Th |
230Th |
231Pa |
230U |
232U |
233U |
234U |
237Np |
238Pu |
239Pu |
240Pu |
241Pu |
242Pu |
241Am |
243Am |
242Cm |
243Cm |
244Cm |
245Cm |
246Cm |
249Cm |
250Cf |
252Cf |
Группа II: Высокая токсичность |
|||||||||
22Na |
36Cl |
45Ca |
46Sc |
54Mn |
56Co |
60Co |
89Sr |
90Sr |
91Y |
95Zr |
106Ru |
110Agm |
115Cdm |
114Inm |
124Sb |
125Sb |
127Tem |
129Tem |
124I |
126I |
131I |
133I |
134Cs |
137Cs |
140Ba |
144Ce |
152Ю (13 лет) |
154Eu |
160Tb |
170Tm |
181Hf |
210Bi |
182Ta |
192Ir |
204Tl |
207Bi |
230Pa |
211At |
212Pb |
224Ra |
228Ac |
234Th |
236U |
249Bk |
|||||
Группа III: умеренная токсичность |
|||||||||
7Be |
14C |
18F |
24Na |
38Cl |
31Si |
32P |
35S |
41A |
42K |
43K |
47Sc |
48Sc |
48V |
51Cr |
52Mn |
56Mn |
52Fe |
55Fe |
59Fe |
57Co |
53Ni |
65Ni |
64Cu |
65Zn |
69Znm |
72Ga |
73As |
74As |
76As |
77As |
82Br |
85Krm |
87Kr |
86Rb |
85Sr |
91Sr |
90Y |
92Y |
93Y |
97Zr |
95Nb |
99Mo |
96Tc |
97Tcm |
97Tc |
99Tc |
97Ru |
103Ru |
105Ru |
105Rh |
109Pd |
105Ag |
111Ag |
109Cd |
115Cd |
115Inm |
113Sn |
125Sn |
122Sb |
125Tem |
129Te |
131Tem |
132Te |
130I |
132I |
134I |
135I |
135Xe |
131Cs |
136Cs |
140La |
141Ce |
143Ce |
142Pr |
143Pr |
147Nd |
149Nd |
147Pm |
149Pm |
151Sm |
152Эу (9.2 ч) |
155Eu |
153Gd |
159Gd |
165Dy |
166Dy |
166Ho |
169Er |
171Er |
171Tm |
177Lu |
181W |
185W |
187W |
183Re |
186Re |
188Re |
185Os |
191Os |
193Os |
190Ir |
195Ir |
191Pt |
193Pt |
197Pt |
196Au |
198Au |
199Au |
197Hg |
197Hgm |
203Hg |
200Tl |
201Tl |
202Tl |
203Pb |
206Bi |
212Bi |
220Rn |
222Rn |
231Th |
233Pa |
239Np |
|||||||
Группа IV: Низкая токсичность |
|||||||||
3H |
15O |
37A |
58Com |
59Ni |
69Zn |
71Ge |
85Kr |
85Srm |
87Rb |
91Ym |
93Zr |
97Nb |
96Tcm |
99Tcm |
103Rhm |
133Inm |
129I |
131Xem |
133Xe |
134Csm |
135Cs |
147Sm |
187Re |
191Osm |
193Ptm |
197Ptm |
натуральныйTh |
232Th |
235U |
238U |
натуральныйU |
(МАГАТЭ, 1973 г.)
Можно предусмотреть три широких типа лабораторий на основе соображений радиотоксичности, количеств или количеств радиоактивных материалов, которые будут обрабатываться в рабочей зоне, и типа задействованных операций.
В таблице 2 описаны лаборатории по типам и приведены примеры для каждого типа. В таблице 3 показаны типы лабораторий, а также классификация рабочих зон и контроль доступа (МАГАТЭ, 1973 г.).
Таблица 2. Классификация рабочих зон
Тип |
Определение |
Контроль доступа |
Типичные операции |
1 |
Районы, в которых уровни поглощенной дозы внешнего излучения или уровни радиоактивного загрязнения могут быть высокими |
Доступ ограничен только радиационными работниками в строго контролируемых условиях труда и с использованием соответствующего защитного снаряжения. |
Горячие лаборатории, сильнозагрязненные помещения |
2 |
Области, в которых могут существовать уровни внешнего излучения и в которых возможность загрязнения требует инструкций по эксплуатации |
Доступ ограничен радиационными работниками с |
Люминесцентные заводы и другие аналогичные |
3 |
Районы, в которых средний уровень внешней радиации составляет менее 1 мГр·нед.-1 и в которых возможность радиоактивного загрязнения требует специальных инструкций по эксплуатации |
Доступ ограничен радиационными работниками, нет |
Рабочие места в непосредственной близости от |
4 |
Зоны в пределах границ радиационной установки, где уровни внешнего излучения менее 0.1 мГр•нед.-1 и где |
Доступ неконтролируемый |
Администрация и зоны ожидания пациентов |
(МКРЗ, 1977 г., МАГАТЭ, 1973 г.)
Таблица 3. Классификация лабораторий по работе с радиоактивными материалами
Группа |
Тип лаборатории, необходимый для деятельности, указанной ниже |
||
Введите 1 |
Введите 2 |
Введите 3 |
|
I |
<370 кБк |
70 кБк до |
>37 МБк |
II |
<37 МБк |
37 МБк до |
>37 ГБк |
III |
<37 ГБк |
37 ГБк до |
>370 ГБк |
IV |
<370 ГБк |
370 ГБк до |
>37 ТБк |
Эксплуатационные факторы для лабораторного использования радиоактивных материалов |
Коэффициенты умножения для уровней активности |
Простое хранение |
× 100 |
Простые мокрые операции (например, приготовление аликвот маточного раствора) |
× 10 |
Обычные химические операции (например, простая химическая подготовка и анализ) |
× 1 |
Сложные мокрые операции (например, многократные операции или операции со сложной стеклянной посудой) |
× 0.1 |
Простые сухие операции (например, манипуляции с порошками летучих радиоактивных соединений) |
× 0.1 |
Сухие и пыльные операции (например, шлифование) |
× 0.01 |
(МКРЗ, 1977 г., МАГАТЭ, 1973 г.)
Опасности, связанные с работой с радиоактивными материалами, зависят не только от уровня радиотоксичности или химической токсичности и активности радионуклидов, но и от физической и химической формы радиоактивных материалов, а также от характера и сложности выполняемой операции или процедуры.
Расположение радиационной установки в здании
Когда радиационная установка является частью большого здания, при принятии решения о размещении такой установки необходимо учитывать следующее:
Планирование радиационных объектов
Если предполагается градация уровней активности, лаборатория должна располагаться таким образом, чтобы доступ к зонам с высоким уровнем радиации или радиоактивного загрязнения был постепенным; то есть сначала человек входит в зону без излучения, затем в зону с низкой активностью, затем в зону со средней активностью и так далее.
Необходимости тщательного контроля вентиляции в небольших лабораториях можно избежать, используя вытяжки или перчаточные боксы для работы с открытыми источниками радиоактивного материала. Однако система вентиляции должна быть спроектирована таким образом, чтобы воздушный поток проходил в таком направлении, чтобы любой радиоактивный материал, попадающий в воздух, утекал от работающего с радиацией. Поток воздуха всегда должен направляться из незагрязненной зоны в сторону загрязненной или потенциально загрязненной зоны.
Для обращения с открытыми источниками низкой и средней радиоактивности средняя скорость воздуха через отверстие в колпаке должна быть около 0.5 мс.-1. В случае высокой радиотоксичности или высокого уровня радиоактивности скорость воздуха через отверстие должна быть увеличена в среднем до 0.6–XNUMX
1.0 мс-1. Однако чрезмерно высокие скорости воздуха могут вытягивать радиоактивные материалы из открытых контейнеров и загрязнять всю площадь колпака.
Размещение колпака в лаборатории важно с точки зрения перекрестных сквозняков. Как правило, вытяжку следует располагать вдали от дверных проемов, через которые должен поступать приточный или добавочный воздух. Двухскоростные вентиляторы позволяют работать с более высокой скоростью воздуха, когда колпак используется, и с более низкой скоростью, когда он закрыт.
Целью любой вентиляционной системы должно быть:
При проектировании радиационных установок высокие требования к экранированию могут быть сведены к минимуму за счет принятия некоторых простых мер. Например, для лучевой терапии, ускорителей, генераторов нейтронов или панорамных источников излучения лабиринт может уменьшить потребность в тяжелой двери со свинцовой облицовкой. Сужение основного защитного барьера в областях, которые не находятся непосредственно в полезном луче, или размещение объекта частично или полностью под землей может значительно уменьшить количество требуемой защиты.
Особое внимание следует уделить правильному расположению смотровых окон, подземных кабелей и дефлекторов вентиляционной системы. Смотровое окно должно улавливать только рассеянное излучение. Еще лучше замкнутое телевидение, которое также может повысить эффективность.
Отделка поверхности в рабочей зоне
Все необработанные поверхности, такие как штукатурка, бетон, дерево и т. д., должны быть постоянно покрыты подходящим материалом. При выборе материала следует руководствоваться следующими соображениями:
Обычные краски, лаки и лаки не рекомендуются для покрытия поверхностей износа. Применение поверхностного материала, который можно легко удалить, может быть полезным, если происходит загрязнение и требуется обеззараживание. Однако удаление таких материалов иногда может быть трудным и грязным.
Соединители
Раковины, умывальники и сливы в полу должны быть соответствующим образом маркированы. Умывальники, в которых можно мыть загрязненные руки, должны быть оборудованы кранами с коленным или ножным приводом. Может оказаться экономичным сократить объем технического обслуживания за счет использования трубопровода, который при необходимости можно легко дезинфицировать или заменить. В некоторых случаях может быть целесообразно установить подземные резервуары для выдержки или хранения для контроля за захоронением жидких радиоактивных материалов.
Конструкция радиационной защиты
Экранирование важно для снижения радиационного облучения работников объекта и населения в целом. Требования к экранированию зависят от ряда факторов, включая время, в течение которого работники, работающие с радиационными объектами, или лица из населения подвергаются воздействию источников излучения, а также тип и энергия источников излучения и полей излучения.
При проектировании радиационных экранов экранирующий материал следует по возможности размещать вблизи источника излучения. Отдельные соображения по защите должны быть сделаны для каждого рассматриваемого типа излучения.
Дизайн экранирования может быть сложной задачей. Например, использование компьютеров для моделирования защиты ускорителей, реакторов и других источников излучения высокого уровня выходит за рамки этой статьи. Для сложной конструкции экранирования всегда следует консультироваться с квалифицированными специалистами.
Экранирование источника гамма-излучения
Ослабление гамма-излучения качественно отличается от ослабления альфа- или бета-излучения. Оба этих вида излучения имеют определенный пробег в веществе и полностью поглощаются. Гамма-излучение, с другой стороны, может быть уменьшено по интенсивности за счет все более толстых поглотителей, но не может быть полностью поглощено. Если затухание моноэнергетического гамма-излучения измеряется в условиях хорошей геометрии (т. е. излучение хорошо коллимировано в узком пучке), то данные интенсивности, нанесенные на полулогарифмический график зависимости от толщины поглотителя, будут лежать на прямой линии. с наклоном, равным затуханию
коэффициент, мк.
Интенсивность или мощность поглощенной дозы, прошедшей через поглотитель, можно рассчитать следующим образом:
I(Т) = Я(0)e– μ t
в котором I(t) - интенсивность гамма-излучения или мощность поглощенной дозы, прошедшей через поглотитель толщиной t.
Единицы µ и t являются взаимными друг другу. Если толщина абсорбера t измеряется в см, тогда μ является линейным коэффициентом затухания и измеряется в см-1. Если t имеет единицы площади плотности (г/см2), то µ – массовый коэффициент ослабления µm и имеет единицы см2/грамм.
В качестве приближения первого порядка с использованием поверхностной плотности все материалы имеют примерно одинаковые свойства ослабления фотонов для фотонов с энергиями от 0.75 до 5.0 МэВ (мегаэлектронвольт). В этом диапазоне энергий свойства защиты от гамма-излучения примерно пропорциональны плотности экранирующего материала. Для более низких или более высоких энергий фотонов поглотители с более высоким атомным номером обеспечивают более эффективное экранирование, чем поглотители с более низким атомным номером, для данной плотности поверхности.
В условиях плохой геометрии (например, для широкого луча или для толстого экрана) приведенное выше уравнение будет значительно занижать требуемую толщину экрана, поскольку предполагает, что каждый фотон, взаимодействующий с экраном, будет удален из луча, а не обнаружено. Значительное количество фотонов может быть рассеяно экраном в детектор, или фотоны, которые были рассеяны из луча, могут быть рассеяны обратно в него после второго взаимодействия.
Толщина экрана для условий плохой геометрии может быть оценена с помощью коэффициента нарастания B который можно оценить следующим образом:
I(Т) = Я(0)Be– μ t
Коэффициент накопления всегда больше единицы и может быть определен как отношение интенсивности фотонного излучения, включая как первичное, так и рассеянное излучение, в любой точке луча, к интенсивности первичного луча только в эта точка. Коэффициент накопления может относиться либо к потоку излучения, либо к мощности поглощенной дозы.
Коэффициенты накопления были рассчитаны для различных энергий фотонов и различных поглотителей. На многих графиках или в таблицах толщина экрана указана в единицах длины релаксации. Длина релаксации — это толщина экрана, который ослабит узкий пучок до 1/e (около 37%) его исходной интенсивности. Таким образом, одна длина релаксации численно равна обратной величине линейного коэффициента затухания (т. е. 1/мк).
Толщина поглотителя, который при введении в первичный пучок фотонов снижает мощность поглощенной дозы наполовину, называется слоем половинного значения (HVL) или толщиной половинного значения (HVT). HVL можно рассчитать следующим образом:
HVL = ln2 / мк
Требуемую толщину фотонного экрана можно оценить, предполагая узкий луч или хорошую геометрию при расчете требуемого экрана, а затем увеличивая полученное таким образом значение на один HVL для учета нарастания.
Толщина поглотителя, который при введении в первичный пучок фотонов снижает мощность поглощенной дозы на одну десятую, называется десятым слоем (TVL). Один TVL равен примерно 3.32 HVL, так как:
ln10 / ln2 ≈ 3.32
Значения как для TVL, так и для HVL приведены для различных энергий фотонов и нескольких распространенных экранирующих материалов (например, свинца, стали и бетона) (Schaeffer 1973).
Интенсивность или мощность поглощенной дозы для точечного источника подчиняется закону обратных квадратов и может быть рассчитана следующим образом:
в котором Ii - интенсивность фотона или мощность поглощенной дозы на расстоянии di из источника.
Экранирование медицинского и немедицинского рентгеновского оборудования
Экранирование рентгеновского оборудования подразделяется на две категории: экранирование источника и структурное экранирование. Экранирование источника обычно обеспечивается производителем корпуса рентгеновской трубки.
Правила техники безопасности определяют один тип корпуса защитной трубки для медицинских диагностических рентгеновских аппаратов и другой тип для медицинских терапевтических рентгеновских аппаратов. Для немедицинского рентгеновского оборудования корпус трубки и другие части рентгеновского аппарата, такие как трансформатор, экранированы, чтобы уменьшить утечку рентгеновского излучения до приемлемого уровня.
Все рентгеновские аппараты, как медицинские, так и немедицинские, имеют защитные кожухи, предназначенные для ограничения количества просачивающегося излучения. Излучение утечки, используемое в настоящих спецификациях для кожухов трубки, означает все излучение, исходящее от кожуха трубки, за исключением полезного луча.
Структурное экранирование рентгеновской установки обеспечивает защиту от полезного или первичного рентгеновского луча, от излучения утечки и от рассеянного излучения. В нем заключены как рентгеновское оборудование, так и облучаемый объект.
Величина рассеянного излучения зависит от размера рентгеновского поля, энергии полезного луча, эффективного атомного номера рассеивающей среды и угла между входящим полезным лучом и направлением рассеяния.
Ключевым проектным параметром является рабочая нагрузка объекта (W):
в котором W недельная рабочая нагрузка, обычно указывается в мА-мин в неделю; E Ток трубки, умноженный на время экспозиции на просмотр, обычно указывается в мА с; Nv количество просмотров на одного пациента или облучаемый объект; Np количество пациентов или объектов в неделю и k - коэффициент преобразования (1 мин, деленная на 60 с).
Еще одним ключевым параметром конструкции является коэффициент использования. Un для стены (пола или потолка) n. Стена может защищать любую занятую зону, такую как диспетчерская, офис или зал ожидания. Коэффициент использования определяется по формуле:
где, Nв, н это количество проекций, для которых первичный рентгеновский луч направлен на стену n.
Требования к конструкционной защите для данного рентгеновского оборудования определяются следующим:
С учетом этих соображений значение коэффициента первичного луча или коэффициента передачи K в мГр на мА-мин на одном метре определяется как:
Экранирование рентгеновской установки должно быть выполнено таким образом, чтобы защита не нарушалась стыками; отверстиями для воздуховодов, труб и т.п., проходящих через ограждения; или трубопроводами, служебными коробками и т. д., встроенными в барьеры. Экранирование должно покрывать не только заднюю часть сервисных боксов, но и боковые стороны, или быть достаточно расширенным, чтобы обеспечить эквивалентную защиту. Трубопроводы, проходящие через барьеры, должны иметь достаточные изгибы для снижения излучения до требуемого уровня. Смотровые окна должны иметь экранирование, эквивалентное необходимому для перегородки (барьера) или двери, в которой они расположены.
В учреждениях лучевой терапии могут потребоваться дверные замки, сигнальные лампы, кабельное телевидение или средства для звуковой (например, голосовой или зуммер) и визуальной связи между любым лицом, которое может находиться в учреждении, и оператором.
Защитные барьеры бывают двух видов:
Для проектирования вторичного защитного барьера необходимо отдельно рассчитать необходимую толщину для защиты от каждого компонента. Если требуемые толщины примерно одинаковые, добавьте дополнительный HVL к наибольшей рассчитанной толщине. Если наибольшая разница между рассчитанными толщинами составляет один TVL или более, будет достаточно самого толстого из рассчитанных значений.
Интенсивность рассеянного излучения зависит от угла рассеяния, энергии полезного луча, размера поля или площади рассеяния и состава объекта.
При проектировании вторичных защитных барьеров принимаются следующие упрощающие консервативные допущения:
Соотношение пропускания рассеянного излучения записывается через коэффициент пропускания рассеяния (Kμx) в единицах мГр•м2 (мА-мин)-1:
в котором P максимальная недельная мощность поглощенной дозы (в мГр), dпомет - расстояние от цели рентгеновской трубки до объекта (пациента), dсек - расстояние от рассеивателя (объекта) до точки интереса, которую должны защищать вторичные барьеры, a - отношение рассеянного излучения к падающему излучению, f - фактический размер поля рассеяния (в см2), а также расширение F является фактором, объясняющим тот факт, что выход рентгеновского излучения увеличивается с напряжением. Меньшие значения Kмкс требуют более толстых щитов.
Коэффициент ослабления утечки BLX для диагностических рентгеновских систем рассчитывается следующим образом:
в котором d - расстояние от цели трубы до интересующей точки и I ток трубки в мА.
Соотношение барьерного затухания для терапевтических рентгеновских систем, работающих при напряжении 500 кВ или менее, определяется следующим образом:
Для терапевтических рентгеновских трубок, работающих при потенциалах более 500 кВ, утечка обычно ограничивается 0.1% от интенсивности полезного луча на расстоянии 1 м. Коэффициент затухания в этом случае равен:
в котором Xn мощность поглощенной дозы (в мГр/ч) на расстоянии 1 м от терапевтической рентгеновской трубки, работающей при токе трубки 1 мА.
Номер n ВЛ, необходимых для получения желаемого затухания BLX получается из соотношения:
or
Защита от бета-частиц
При проектировании экрана для высокоэнергетического бета-излучателя необходимо учитывать два фактора. Это сами бета-частицы и тормозное излучение создается бета-частицами, поглощенными в источнике и в экране. тормозное излучение состоит из рентгеновских фотонов, возникающих при быстром торможении высокоскоростных заряженных частиц.
Поэтому бета-защита часто состоит из вещества с низким атомным номером (чтобы свести к минимуму тормозное излучение производства), которая достаточно толстая, чтобы остановить все бета-частицы. Затем следует материал с высоким атомным номером, достаточно толстый, чтобы ослабить тормозное излучение до приемлемого уровня. (Обратный порядок щитов увеличивается тормозное излучение производство в первом щите до уровня настолько высокого, что второй щит может обеспечить неадекватную защиту.)
Для целей оценки тормозное излучение опасности, можно использовать следующее соотношение:
в котором f - доля падающей бета-энергии, преобразованная в фотоны, Z - атомный номер поглотителя, а Eβ – максимальная энергия спектра бета-частиц в МэВ. Для обеспечения адекватной защиты обычно предполагается, что все тормозное излучение фотоны имеют максимальную энергию.
Ассоциация тормозное излучение поток F на расстоянии d от бета-источника можно оценить следующим образом:
`Eβ представляет собой среднюю энергию бета-частиц и может быть оценена по формуле:
Диапазон Rβ бета-частиц в единицах поверхностной плотности (мг/см2) можно оценить следующим образом для бета-частиц с энергией от 0.01 до 2.5 МэВ:
в котором Rβ в мг/см2 и Eβ находится в МэВ.
Что касается Eβ>2.5 МэВ, пробег бета-частиц Rβ можно оценить следующим образом:
в котором Rβ в мг/см2 и Eβ находится в МэВ.
Экранирование альфа-частиц
Альфа-частицы являются наименее проникающим типом ионизирующего излучения. Из-за случайного характера ее взаимодействий пробег отдельной альфа-частицы варьируется в пределах номинальных значений, как показано на рисунке 1. Диапазон в случае альфа-частиц может быть выражен по-разному: минимальным, средним, экстраполированным или максимальным пробегом. . Средний пробег наиболее точно определяется, соответствует пробегу «средней» альфа-частицы и используется чаще всего.
Рисунок 1. Типичное распределение альфа-частиц по дальности
Воздух является наиболее часто используемой поглощающей средой для определения соотношения пробега и энергии альфа-частиц. Для альфа-энергии Eα менее примерно 4 МэВ, Rα в воздухе приблизительно определяется как:
в котором Rα находится в см, Eα в МэВ.
Что касается Eα от 4 до 8 МэВ, Rα в воздухе дается примерно по формуле:
в котором Rα находится в см, Eα в МэВ.
Пробег альфа-частиц в любой другой среде можно оценить из следующего соотношения:
Rα (в другой среде; мг/см2) » 0.56 A1/3 Rα (в воздухе; см), где A - атомный номер среды.
Нейтронная защита
Как правило, для экранирования нейтронов достигается равновесие энергии нейтронов, которое затем остается постоянным после одной или двух длин релаксации экранирующего материала. Следовательно, для экранов толщиной более нескольких длин релаксации эквивалентная доза за пределами бетонного или железного экрана будет ослаблена при длинах релаксации 120 г/см.2 или 145 г / см2, Соответственно.
Потери энергии нейтронов за счет упругого рассеяния требуют наличия водородного экрана для максимизации передачи энергии по мере замедления или замедления нейтронов. При энергиях нейтронов выше 10 МэВ неупругие процессы эффективны для ослабления нейтронов.
Как и в случае ядерных энергетических реакторов, высокоэнергетические ускорители требуют мощной защиты для защиты рабочих. Большая часть эквивалентов доз для рабочих приходится на воздействие активированного радиоактивного материала во время операций по техническому обслуживанию. Активационные продукты производятся в компонентах акселератора и вспомогательных системах.
Мониторинг рабочей среды
Необходимо отдельно заниматься разработкой программ рутинного и оперативного мониторинга рабочей среды. Для достижения конкретных целей будут разработаны специальные программы мониторинга. Нежелательно разрабатывать программы в общих чертах.
Регулярный мониторинг внешнего облучения
Важной частью подготовки программы рутинного контроля внешнего облучения на рабочем месте является проведение всестороннего обследования при вводе в эксплуатацию нового источника излучения или новой установки, а также при внесении или возможном внесении каких-либо существенных изменений. производится в существующей установке.
Периодичность планового контроля определяется с учетом ожидаемых изменений радиационной обстановки. Если изменения средств защиты или изменения процессов, проводимых на рабочем месте, минимальны или несущественны, то для целей проверки редко требуется плановый радиационный контроль рабочего места. Если радиационные поля подвержены быстрому и непредсказуемому увеличению до потенциально опасных уровней, то требуется система радиационного контроля и предупреждения.
Оперативный контроль за внешним излучением
Разработка программы оперативного мониторинга в значительной степени зависит от того, влияют ли проводимые операции на радиационные поля или же радиационные поля будут оставаться практически постоянными в ходе обычных операций. Детальный план такого обследования в решающей степени зависит от формы операции и от условий, в которых она проводится.
Регулярный мониторинг загрязнения поверхности
Обычный метод рутинного мониторинга поверхностного загрязнения заключается в мониторинге репрезентативной части поверхностей в районе с периодичностью, определяемой опытом. Если операции таковы, что вероятно значительное поверхностное загрязнение и работники могут выносить значительные количества радиоактивного материала из рабочей зоны за один раз, рутинный мониторинг следует дополнять использованием мониторов портального загрязнения.
Оперативный контроль загрязнения поверхности
Одной из форм оперативного контроля является обследование предметов на предмет загрязнения, когда они покидают радиологически контролируемую зону. Этот контроль должен включать руки и ноги рабочих.
Основными задачами программы мониторинга поверхностного загрязнения являются:
Мониторинг загрязнения воздуха
Мониторинг переносимых по воздуху радиоактивных материалов важен, поскольку вдыхание обычно является наиболее важным путем поступления таких материалов в организм работников, занимающихся радиацией.
Мониторинг рабочего места на наличие переносимого по воздуху загрязнения потребуется на регулярной основе в следующих случаях:
Когда требуется программа мониторинга воздуха, она должна:
Наиболее распространенной формой мониторинга переносимого по воздуху загрязнения является использование пробоотборников воздуха в ряде выбранных мест, выбранных так, чтобы они были достаточно репрезентативными для зон дыхания радиационных работников. Может оказаться необходимым сделать образцы более точно отражающими зоны дыхания, используя персональные пробоотборники воздуха или отвороты.
Обнаружение и измерение радиации и радиоактивного загрязнения
Мониторинг или обследование с помощью салфеток и инструментальных обследований столешниц, полов, одежды, кожи и других поверхностей в лучшем случае являются качественными процедурами. Трудно сделать их высоко количественными. Используемые приборы обычно относятся к детекторным, а не к измерительным устройствам. Поскольку количество вовлеченной радиоактивности часто невелико, чувствительность приборов должна быть высокой.
Требование портативности детекторов загрязнения зависит от их предполагаемого использования. Если прибор предназначен для общего контроля лабораторных поверхностей, желателен портативный тип прибора. Если прибор предназначен для специального использования, при котором контролируемый объект может быть доставлен к прибору, то портативность не требуется. Мониторы для одежды, а также ручные и обувные мониторы, как правило, не являются портативными.
Приборы и мониторы скорости счета обычно включают показания счетчика и звуковые выходы или разъемы для наушников. В таблице 4 указаны приборы, которые могут использоваться для обнаружения радиоактивного загрязнения.ион.+
Таблица 4. Инструменты обнаружения загрязнения
Инструмент |
Диапазон скоростей счета и другие характеристики1 |
Типичное использование |
Замечания |
bg поверхностные мониторы2 |
|||
Общие |
|||
Портативный измеритель скорости счета (тонкостенный или тонкооконный GM3 прилавок) |
0–1,000 копий в минуту |
Поверхности, руки, одежда |
Простой, надежный, на батарейках |
Тонкое торцевое окно |
0–1,000 копий в минуту |
Поверхности, руки, одежда |
Линейный |
Персонал |
|||
Монитор рук и обуви, GM или |
От 1½ до 2 раз больше натурального |
Быстрый мониторинг загрязнения |
автоматическая работа |
Особый |
|||
Мониторы для прачечных, напольные мониторы, |
От 1½ до 2 раз больше натурального |
Мониторинг загрязнения |
Удобно и быстро |
Наземные мониторы Alpha |
|||
Общие |
|||
Портативный воздушный пропорциональный счетчик с зондом |
0-100,000 100 импульсов в минуту на расстоянии более XNUMX см2 |
Поверхности, руки, одежда |
Не для использования в условиях повышенной влажности, аккумулятор- |
Портативный счетчик газа с зондом |
0-100,000 100 импульсов в минуту на расстоянии более XNUMX см2 |
Поверхности, руки, одежда |
Хрупкое окно на батарейках |
Портативный сцинтилляционный счетчик с зондом |
0-100,000 100 импульсов в минуту на расстоянии более XNUMX см2 |
Поверхности, руки, одежда |
Хрупкое окно на батарейках |
Личное |
|||
Ручно-обувной пропорциональный счетчик, монитор |
0-2,000 импульсов в минуту на расстоянии около 300 см2 |
Оперативный мониторинг рук и обуви на загрязнение |
автоматическая работа |
Ручной сцинтилляционный счетчик, монитор |
0-4,000 импульсов в минуту на расстоянии около 300 см2 |
Оперативный мониторинг рук и обуви на загрязнение |
неровный |
Раневые мониторы |
Обнаружение низкоэнергетических фотонов |
Мониторинг плутония |
Специальный дизайн |
Мониторы воздуха |
|||
Пробоотборники частиц |
|||
Фильтровальная бумага большого объема |
1.1 м3/ Мин |
Образцы быстрого захвата |
Прерывистое использование, требует отдельного |
Фильтровальная бумага, малый объем |
0.2 20-м3/h |
Непрерывный мониторинг воздуха в помещении |
Непрерывное использование, требует отдельного |
Отворот |
0.03 м3/ Мин |
Непрерывный мониторинг воздуха в зоне дыхания |
Непрерывное использование, требует отдельного |
Электростатический осадитель |
0.09 м3/ Мин |
Непрерывный мониторинг |
Образец, нанесенный на цилиндрическую оболочку, |
импинджер |
0.6 1.1-м3/ Мин |
Альфа-загрязнение |
Специальное использование, требуется отдельный счетчик |
Тритиевые мониторы воздуха |
|||
Проточные ионизационные камеры |
0-370 кБк/м3 мин |
Непрерывный мониторинг |
Может быть чувствителен к другой ионизации |
Комплексные системы мониторинга воздуха |
Минимальная обнаруживаемая активность |
|
|
Фиксированная фильтровальная бумага |
α » 0.04 Бк/м3; βγ » 0.04 Бк/м3 |
Накопление фона может маскировать низкоуровневую активность, включая счетчик |
|
Перемещение фильтровальной бумаги |
α » 0.04 Бк/м3; βγ » 0.04 Бк/м3 |
Непрерывная запись активности воздуха, время измерения можно регулировать от |
1 cpm = число импульсов в минуту.
2 Немногие поверхностные мониторы подходят для обнаружения трития (3ЧАС). Протирочные тесты, подсчитываемые с помощью жидкостных сцинтилляционных устройств, подходят для обнаружения загрязнения тритием.
3 GM = измеритель счетчика Гейгера-Мюллера.
Детекторы альфа-загрязнения
Чувствительность альфа-детектора определяется площадью и толщиной окна. Обычно площадь окна составляет 50 см.2 или выше с плотностью поверхности окна 1 мг/см2 или менее. Мониторы альфа-загрязнения должны быть нечувствительны к бета- и гамма-излучению, чтобы свести к минимуму фоновые помехи. Обычно это достигается за счет различения высоты импульса в счетной схеме.
Портативные альфа-мониторы могут быть газопропорциональными счетчиками или сцинтилляционными счетчиками сульфида цинка.
Детекторы бета-загрязнения
Портативные бета-мониторы нескольких типов могут использоваться для обнаружения загрязнения бета-частицами. Измерители скорости счета Гейгера-Мюллера (ГМ) обычно требуют тонкого окна (площадная плотность от 1 до 40 мг/смXNUMX).2). Сцинтилляционные (антраценовые или пластмассовые) счетчики очень чувствительны к бета-частицам и относительно нечувствительны к фотонам. Портативные бета-счетчики, как правило, не могут использоваться для контроля трития (3H) загрязнение из-за очень низкой энергии бета-частиц трития.
Все приборы, используемые для мониторинга бета-загрязнения, также реагируют на радиационный фон. Это необходимо учитывать при интерпретации показаний приборов.
При наличии высоких уровней радиационного фона портативные счетчики для мониторинга загрязнения имеют ограниченное значение, поскольку они не показывают незначительного увеличения исходно высоких скоростей счета. В этих условиях рекомендуются тесты мазков или салфеток.
Детекторы гамма-загрязнения
Поскольку большинство гамма-излучателей также излучают бета-частицы, большинство мониторов загрязнения обнаруживают как бета-, так и гамма-излучение. Обычной практикой является использование детектора, чувствительного к обоим типам излучения, для повышения чувствительности, поскольку эффективность обнаружения обычно выше для бета-частиц, чем для гамма-лучей. Пластиковые сцинтилляторы или кристаллы йодида натрия (NaI) более чувствительны к фотонам, чем счетчики GM, и поэтому рекомендуются для обнаружения гамма-излучения.
Пробоотборники и мониторы воздуха
Пробы твердых частиц могут быть отобраны следующими методами: седиментация, фильтрация, импакция и электростатическое или термическое осаждение. Однако загрязнение воздуха твердыми частицами обычно контролируется путем фильтрации (прокачивания воздуха через фильтрующий материал и измерения радиоактивности на фильтре). Скорость отбора проб обычно превышает 0.03 м3/мин. Однако в большинстве лабораторий скорость отбора проб не превышает 0.3 мXNUMX.3/мин. Конкретные типы пробоотборников воздуха включают «захватные» пробоотборники и непрерывные мониторы воздуха (CAM). CAM доступны с фиксированной или подвижной фильтровальной бумагой. CAM должен включать в себя сигнал тревоги, поскольку его основная функция заключается в предупреждении об изменениях переносимого по воздуху загрязнения.
Поскольку альфа-частицы имеют очень короткий пробег, для измерения загрязнения альфа-частицами необходимо использовать фильтры с поверхностной загрузкой (например, мембранные фильтры). Собранный образец должен быть тонким. Необходимо учитывать время между сбором и измерением, чтобы учесть распад дочерних продуктов радона (Rn).
Радиойод, например 123I, 125я и 131I можно обнаружить с помощью фильтровальной бумаги (особенно если бумага содержит древесный уголь или нитрат серебра), потому что некоторое количество йода осаждается на фильтровальной бумаге. Однако для количественных измерений требуются ловушки или канистры с активированным углем или серебряным цеолитом, чтобы обеспечить эффективное поглощение.
Тритиевая вода и газообразный тритий являются основными формами загрязнения тритием. Хотя тритированная вода имеет некоторое сходство с большинством фильтровальной бумаги, методы с фильтровальной бумагой не очень эффективны для отбора проб тритиевой воды. Наиболее чувствительные и точные методы измерения связаны с поглощением тритированного конденсата паров воды. Тритий в воздухе (например, в виде водорода, углеводородов или водяного пара) можно эффективно измерять с помощью камер Канне (проточных ионизационных камер). Поглощение паров воды, содержащей тритий, из пробы воздуха можно осуществить, пропуская пробу через ловушку, содержащую молекулярное сито на основе силикагеля, или барботируя пробу через дистиллированную воду.
В зависимости от операции или процесса может потребоваться контроль радиоактивных газов. Этого можно добиться с помощью камер Канне. Наиболее часто используемыми устройствами для отбора проб методом абсорбции являются газоочистители и импинджеры. Многие газы можно также собрать путем охлаждения воздуха ниже точки замерзания газа и сбора конденсата. Этот метод сбора чаще всего используется для оксида трития и инертных газов.
Существует несколько способов получения выборочных проб. Выбранный метод должен соответствовать отбираемому газу и требуемому методу анализа или измерения.
Мониторинг сточных вод
Мониторинг сточных вод относится к измерению радиоактивности в точке их выброса в окружающую среду. Это относительно легко выполнить из-за контролируемого характера места отбора проб, которое обычно находится в потоке отходов, который сбрасывается через дымовую трубу или линию слива жидкости.
Может потребоваться непрерывный мониторинг переносимой по воздуху радиоактивности. В дополнение к устройству для сбора проб, обычно фильтру, типичная система отбора проб для твердых частиц в воздухе включает устройство для перемещения воздуха, расходомер и соответствующий воздуховод. Устройство подачи воздуха расположено ниже по потоку от пробоотборника; то есть воздух сначала проходит через пробоотборник, а затем через оставшуюся часть системы отбора проб. Линии отбора проб, особенно перед системой отбора проб, должны быть как можно короче и не иметь острых изгибов, областей турбулентности или сопротивления воздушному потоку. Для отбора проб воздуха следует использовать постоянный объем в соответствующем диапазоне перепадов давления. Непрерывный отбор радиоактивных изотопов ксенона (Xe) или криптона (Kr) осуществляется путем адсорбции на активированном угле или криогенными средствами. Ячейка Лукаса — один из старейших и до сих пор самый популярный метод измерения концентраций Rn.
Иногда необходим непрерывный мониторинг жидкостей и линий отходов на наличие радиоактивных материалов. Примерами могут служить линии сточных вод из горячих лабораторий, лабораторий ядерной медицины и линий теплоносителя реактора. Однако непрерывный мониторинг можно проводить путем обычного лабораторного анализа небольшой пробы, пропорциональной расходу сточных вод. Доступны пробоотборники, которые периодически отбирают аликвоты или непрерывно извлекают небольшое количество жидкости.
Гравийный отбор проб является обычным методом, используемым для определения концентрации радиоактивного материала в отстойном резервуаре. Пробу необходимо отбирать после рециркуляции, чтобы сравнить результат измерения с допустимыми скоростями сброса.
В идеальном случае результаты мониторинга сточных вод и мониторинга окружающей среды должны хорошо согласовываться, при этом последние можно рассчитать на основе первых с помощью различных моделей путей распространения. Однако следует признать и подчеркнуть, что мониторинг сточных вод, каким бы качественным или обширным он ни был, не может заменить реальное измерение радиологических условий в окружающей среде.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».