Допустимый радиационный фон для человека
Радиационное излучение постоянно воздействует на людей – на улице в городе, на работе, в квартире и любом другом помещении. Естественный радиационный фон, который создается солнцем и космическими лучами, безопасен для человеческого здоровья. Но есть ли нормальный уровень радиации для человека в быту, с которым он может жить, не подвергая свой организм фатальным изменениям?
Виды радиационного фона
Ионизирующее излучение (ИИ), взаимодействуя с веществом, становится причиной ионизации атомов и молекул (атом возбуждается и открывается от отдельных электронов из атомных оболочек). Основные виды радиации:
- Альфа-излучение. Корпускулярное, представленное в виде потока тяжелых положительно заряженных α-частиц. Они тяжелые, их пробег в веществе короткий, поэтому их может задержать бумажный лист и слой омертвевшей кожи.
- Бета-излучение. Также корпускулярное, представлено в виде потока электронов или позитронов, которые испускаются при радиоактивном β-распаде ядер атомов.
- Нейтронное. Корпускулярное, представляет собой поток нейтронов, не оказывающий ионизирующего воздействия, но серьезный ионизирующий эффект наблюдается из-за упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.
- Гамма- и рентгеновское излучение. Электромагнитные, различаются механизмом возникновения. Рентгеновское способно проникает во все вещества, представлено в виде электромагнитного излучения с длиной волы от 10-12 до 10-7. Гамма-излучение обладает внутриядерным происхождением, возникающим в процессе распада радиоактивных ядер, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом и при других обстоятельствах. Обладает высокой проникающей способностью.
Популярные дозиметры
ДКГ-07Д «Дрозд»
Дозиметр-радиометр МКС-05 «ТЕРРА»
Единицы измерения радиации
Допустимый радиационный фон для человека и нормы радиации измеряются с помощью доз излучения. Это величины, которые применяются, чтобы оценить уровень воздействия ионизирующего излучения на различные вещества, организмы, ткани. Единица измерения зависит от типа дозы:
- экспозиционная (рентген или кулон/килограмм);
- поглощенная (рад или Грей);
- эквивалентная (бэр или Зиверт);
- мощность экспозиционной (рентген/сек);
- мощность поглощенной (рад/сек);
- мощность эквивалентной (бэр/сек);
- интегральная (рад-грамм);
- активность нуклида в радиоактивном источнике (кюри).
Существует ли вообще безопасная доза?
Норма радиации – размытое понятие. В 1950 г. скандинавский ученый Рольф Зиверт установил, что у облучения нет порогового уровня – определенного значения, при котором у человека гарантированно не будет наблюдаться заметных или незаметных повреждений.
Любая существующая норма радиации способна теоретически вызывать изменения в организме людей соматические и генетические изменения. Многие из которых не проявляются сразу, а остаются скрытыми в течение длительного временного промежутка. Поэтому сложно говорить о нормах радиации – существуют только допустимые ее пределы.
Допустимые дозы радиации
Российские и международные стандарты предусматривают определенные нормы радиации. Считается, что при воздействии на организм человека они не смогут нанести вреда. Норма радиации в микрорентген в час – 50 (0,5 микрозиверт в час).
При этом также отмечается, что не более 0,2 мкЗв в час (20 микрорентген в час) – это максимально безопасный уровень облучения человеческого организма при условии, что радиационный фон входит в диапазон нормальных показателей, поэтому норму радиации даже в этом случае можно назвать условной. При воздействии в течение нескольких часов считается безопасным излучение на уровне не более 10 микрозиверт в час (1 миллирентген). Кратковременно допускается облучение в несколько миллизивертов в час (например, во время рентгена или флюорографии).
Поглощенная доза
Под понятием «поглощенная доза» определяется величина энергии радиации, которая была передана веществу. Выражена в качестве отношения энергии излучения, которая поглощена в данном объеме, к массе вещества в этом объеме.
Является основной дозиметрической величиной. Согласно международной системе единиц, ее измерение происходит в джоулях на кг (Дж/кг). Называется – «грей» (Гр, Gy). Не способна отразить биологический эффект облучения.
Оценка действия радиации на неживые объекты
Для определения нормы радиации при ее воздействии на неживые объекты используются показатели поглощенной дозы (количество поглощенной энергии веществом). При этом более информативной величиной считается экспозиционная доза, с помощью которой возможно определение степени воздействия на вещество разных типов радиации. Сложно говорить о нормах радиации на неживые объекты.
Оценка действия радиации на живые организмы
Если биологические ткани облучать различными типами радиации, обладающими одной и той же энергией, то последствия для организма будут отличаться. Иными словами, если при поглощении одной нормы радиации последствия будут серьезно разниться при альфа-излучении и гамма-излучении. Поэтому, чтобы оценить воздействие ионизирующего излучения на живые организмы, не хватает понятий экспозиционной и поглощенной дозы, также используется эквивалентная.
Это доза радиации, которая была поглощена живым организмом, помноженная на коэффициент k, который учитывает уровень опасности разных типов радиации. Измерение происходит с использованием Зиверт (Зв).
Нормы радиации согласно СанПин
В соответствии с СанПиНом 2.6.1.2523-09, эффективная доза облучения естественными источниками излучения любых работников, в т. ч. медперсонала, не должна составлять более 5 мЗв в год в производственных условиях (любые типы профессий и производств).
Если говорить о конкретных нормах радиации, то усредненные показатели радиационных факторов в течение 12 месяцев, которые соответствуют при монофактором воздействии дозе в 5 мЗв при длительности рабочего процесса 2000 часов/год, примерной скорости дыхания 1,2 кубометра/час, условии радиоактивного равновесия радионуклидов ториевого и уранового рядов в пыли, составляют:
- удельная активность на производстве тория 232 (пребывающего в радиоактивном равновесии с членами ряда) – 27/f, кБк/кг.;
- ЭРОАtn в воздухе – 68 Бк/кубометр;
- мощность эффективной дозы γ-излучения – 2,5 мкЗв/час;
- ЭРОАFn в воздухе – 310 Бк/кубометр;
- удельная активность на производстве урана 238 (пребывающего в радиоактивном равновесии с членами ряда) – 27/f, кБк/кг.
Данные нормы радиации весьма условны, потому что многое будет зависеть от конкретных производственных условий, специфики сферы деятельности и других факторов.
Смертельная доза
В любых нормах радиации обычно всегда прописывается доза, которая быстро приводит к летальному исходу. Опасность ее получения чаще всего наблюдается при возникновении техногенных аварий, несоблюдении условий хранения радиоактивных отходов (вне зависимости от того, какой тип облучения воздействует на человека).
Согласно нормам радиации, смертельная доза составляет от 6-7 Зв/час и больше. При этом даже в незначительной степени постоянно высокий радиационный фон с высокой долей вероятности будет причиной развития мутации клеток живого организма. Нормы радиации на рабочем месте или в домашних условиях можно отслеживать с помощью бытовых дозиметров.
Основные характеристики слуха человека
Порогом слуха человека называют минимальный уровень звука, который человек может воспринять. Эта характеристика является одной из основных.
От порога слуха зависит слуховая чувствительность: чем ниже порог слуха, тем выше слуховая чувствительность, и наоборот. Диапазон наибольшей чувствительности звука – от 1000 до 4000 Гц. Именно в этом промежутке находится информация о речевых сигналах. Пороги слуха на частоте 200 Гц выше на 35 дБ, а на 100 Гц — на 60 дБ, чем пороги слуха на частоте 1000 Гц.
Нормой считается порог слуха от -10 дБ до +10 дБ. В случаях нарушения слуха пороги могут быть разными – от 20 до 120 дБ.
Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева
Порог дискомфорта
Порогом дискомфорта называется уровень звука, вызывающий у человека неприятные ощущения. Нормой считается 100-110 дБ, и зависит она не только от состояния органа слуха, но и от возбудимости нервной системы в целом. У пациентов с нарушениями слуха порог дискомфорта, как правило, больше 110 дБ. Однако, у многих людей с сенсоневральной тугоухостью пороги дискомфорта такие же, как и у людей с нормальным слухом либо ниже – это явление называется рекруитмент, или «феномен усиленного нарастания громкости».
Болевой порог
Болевые ощущения в органе слуха, как правило, вызывает звук, составляющий 130-140 дБ. Кроме того, следует различать порог осязания и болевой порог – в первом случае человек чувствует только давление на барабанную перепонку (130 дБ), во втором – уже болевые ощущения (140 дБ). Порог дискомфорта людей с нарушениями слуха может отличаться от нормы, но болевой порог у всех всегда одинаковый.
Частотный диапазон слуха
Нормой для человека считается способность воспринимать звуки в частотном диапазоне от 20 до 20000 Гц. Звуки, частота которых выше 20000 Гц, называются ультразвуки, ниже 20 Гц – инфразвуки. Человек может воспринять ультразвук только если его источник приложить к костям черепа – это свойство иногда используется при диагностике нарушений слуха.
Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева
Подходя к исследованию слуха, звуковой частотный диапазон принято условно делить:
на низкие частоты — до 500 Гц;
на средние частоты — 500—3000 Гц;
на высокие частоты — 3000–8000 Гц;
на сверхвысокие частоты — выше 8000 Гц
Динамический диапазон слуха
Динамическим диапазоном слуха называется совокупность уровней звука, которые человек способен воспринимать, в норме это 130 дБ. Разница между самым тихим и самым громким звуком, воспринимаемым человеческим ухом (до осязаемых или болевых порогов), велика – последний выше примерно в 10 13 раз.
В аудиологии динамическим диапазоном слуха именуют диапазон от порога слуха человека до порога его дискомфорта.
Как динамический, так и частотный диапазон у людей с нарушениями слуха может отличаться от нормы.
Дифференциальный порог слуха
Минимальные различия по частоте, интенсивности или длительности звука, воспринимаемые человеческим слухом, называются дифференциальным порогом слуха.
Именно способность обнаруживать минимальные различия между звуками позволяет нам воспринимать речь. Интенсивность и частота дифференциального порога слуха зависит от длительности, уровня и частоты звука. Нормой для человека считается 1–1,5 дБ по интенсивности на частотах 500–4000 Гц при уровне звука 40 дБ.
Причина плохого восприятия речи людьми с нарушениями слуха кроется в увеличении у них дифференциального порога слуха – они просто перестают воспринимать мелкие различия между речевыми звуками.
Бинауральный слух
Способность человека воспринимать звук двумя ушами и обрабатывать поступившие сигналы в соответствующих симметричных слуховых центрах мозга называется бинауральным слухом. Данное свойство обеспечивает так называемый процесс бинаурального слияния – это когда различные по своим характеристикам звуки, поступающие в правое и левое уши человека, воспринимаются слуховой системой человека как единый и цельный слуховой образ. Кроме того, благодаря сравнению звуков, поступающих в правое и левое ухо, слуховая система определяет, где находится источник звука.
Именно бинауральный слух позволяет нам воспринимать речь в шумных условиях – происходит так называемый эффект «бинаурального освобождения от маскировки».
Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева
Слуховая адаптация
Как и остальные сенсорные системы организма человека, слуховая система способна адаптироваться ко внешним условиям. Это проявляется во временном понижении чувствительности за счёт повышения порогов слуха в случаях излишнего звукового воздействия. Благодаря этой способности слуховая система защищает себя от повреждений.
Порог слуха повышается от любого воздействия звука, превышающего этот порог на 10-20 дБ. В случаях кратковременного воздействия звука не выше 80-90 дБ и повышение порога будет кратковременным. При более интенсивном воздействии и повышение порогов слуха будет длиться дольше – до нескольких минут. После прекращения звукового воздействия пороги слуха постепенно возвращаются в исходное состояние.
Янмаева Ольга Анатольевна
Специалист по подбору и настройке цифровых слуховых аппаратов, специалист по слуху «Аудионика»
Диапазоны рабочих давлений
Одной из основных характеристик трубопроводной арматуры является ее номинальное давление – PN. Арматурные стандарты различных стран определяют РЯДЫ стандартных значений PN для арматуры, изготавливаемой по этим стандартам. Другими словами – производитель арматуры (как и ее потребитель, кстати) ограничен в своих запросах существующим рядом стандартных значений номинальных давлений арматуры.
ГОСТ 356-80 Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие.
«С тандарт распространяется на арматуру и детали трубопроводов (тройники, колена, отводы, переходы, фланцы и др.) и устанавливает ряды номинальных, пробных и рабочих давлений.
Значения номинальных давлений арматуры и деталей трубопровода должны соответствовать следующему ряду :
0,10 (1,0); 0,16 (1,6); 0,25 (2,5); 0,40 (4,0); 0,63 (6,3); 1,00 (10); 1,60 (16); 2,50 (25); 4,00 (40); 6,30 (63); 10,00 (100); 12,50 (125); 16,00 (160); 20,00 (200); 25,00 (250); 32,00 (320); 40,00 (400); 50,00 (500); 63,00 (630); 80,00 (800); 100,00 (1000); 160,00 (1600); 250,00 (2500) МПа (кгс/см²).
Для арматуры и деталей трубопровода, производство которых освоено до введения в действие настоящего стандарта, допускаются номинальные давления 0,6 (6); 6,4 (64) и 8,0 (80)Па (кгс/см²)».
Cтандарт ANSI (American National Standards Institute) определяет ряд допустимых номинальных давлений в других размерных единицах — фунтах деленных на квадратный дюйм (PSI). Все цифры после слов ANSI или CLASS обозначают значение условного (номинального) давления: ANSI 150, ANSI 300, ANSI 600, ANSI 900, ANSI 1500, ANSI 2500 и ANSI 4500
ТАБЛИЦА КЛАССОВ ДАВЛЕНИЯ ANSI С ПЕРЕВОДОМ В БАР И МПА
Класс давления ANSI
Бар
МПа
Но и это – далеко не все, что нужно знать о номинальном давлении трубопроводной арматуры, поскольку существует взаимосвязь температуры и давления рабочей среды.
Условное давление арматуры (Ру) указывается для температуры рабочей среды 20 ⁰ С. С ростом температуры рабочей среды реальное рабочее давление арматуры снижается. Например, для стали 20Л для арматуры и деталей трубопроводов на условное давление 1,6 МПа при температуре рабочей среды + 425 ⁰ С рабочее давление будет составлять не более 0,8 МПа.
Информация о условных, пробных и рабочих давлениях приведена в ГОСТ 356-80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие».
Довольно часто в арматуре применяют неметаллические материалы для уплотняющих поверхностей (например, в шаровых кранах используют фторопласт (PTFE) в качестве седла для запорного органа — шара). При этом каждый материал уплотнения имеет собственные температурные ограничения вне зависимости от возможностей материала корпуса. Так корпус шарового крана из нержавеющей стали может работать в диапазоне температур – 196 + 450 ⁰ С. Однако применение уплотнения из фторопласта ограничивает рабочий диапазон до значения – 60 + 200 ⁰ С. Но даже этот диапазон является условным, т.к. существует зависимость верхней граничной температуры работы фторопласта от давления рабочей среды. И 200 ⁰ С – это справедливо для давления 0,1 МПа. А для давления 1,6 МПа верхняя температура работы фторопласта будет уже 150 ⁰ С.
Т.е. в общем случае мы всегда имеем зависимость между температурой рабочей среды и максимальным давлением, которое допускают конструкция и материальное исполнение условного клапана при этой температуре . Обратите внимание : номинальное давление не является максимально допустимым давлением арматуры. Перед использованием обязательно проверьте диапазон рабочего давления клапана в зависимости от температуры.
Для правильного выбора диапазона температуры и давления производители часто приводят графики зависимости этих величин для своих изделий: пример графика компании GENEBRE для шарового крана с уплотнением из PTFE
Мы же рекомендуем пользоваться таблицами ГОСТ 356-80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие».
Требования к современному проверочному оборудованию. Источник тока: диапазон, мощность, напряжение.
Для измерения величин срабатывания и возврата различных устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА) проверочное оборудование должно обладать возможностью регулирования в широких пределах тока, напряжения, частоты и фазы.
Все устройства РЗиА выполнены на номинальный вторичный ток (I_( н)), равный 1 А или 5 А. Рабочий диапазон токов таких устройств лежит в пределах от 0,02I_( н) до 40I_( н). Следовательно, диагностическая система должна регулировать выходной ток от 10 мА до 210 А, а с учетом запаса на поиск срабатывания – до 250 А.
Таким образом, одним из основных требований к проверочному оборудованию является обеспечение тока с кратностью регулировки до 25 000.
С точки зрения реализации это сложная задача. В отличие от калибратора диагностическое устройство должно производить изменение тока мгновенно с целью имитации аварийных режимов. При создании испытательного комплекса РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» данная задача была решена следующим образом: в прибор были встроены шесть источников тока, каждый из которых имеет максимальное значение выходного тока – 36 А. Различные комбинации соединения каналов позволяют получить ток до 72 А в трехфазном и до 216 А в однофазном режимах работы. Данные диапазоны дают возможность проверить весь перечень устройств РЗА одно- и пятиамперных, в том числе и сложных современных дифференциальных микропроцессорных (МП) защит трансформаторов.
Выходное напряжение источников тока напрямую зависит от величины нагрузки, т.е. сопротивления проверяемых устройств. Для тестирования различных типов устройств РЗиА требуются разные уровни напряжения. В таблице 1 приведены значения выходного напряжения в зависимости от типа проверяемых устройств и номинального тока. Панели защит со встроенными микропроцессорными терминалами (МП) имеют сопротивление в среднем 0,1-0,15 Ом в каждой токовой цепи, в то время как сами терминалы – не более 50 мОм. Сопротивление полупроводниковых панелей (ПП) составляет 0,25-0,6 Ом в зависимости от номинального тока. Наибольшее сопротивление имеют электромеханические защиты (ЭМ). Например, широко распространенная панель ЭПЗ-1636 в пятиамперном исполнении в цепи фазы тока имеет сопротивление до 0,8 Ом, а в нулевой цепи – до 2,5 Ом (панель нового типа с РМ12). В одноамперном исполнении сопротивление полной цепи фаза-ноль варьируется в диапазоне от 20 до 100 Ом (панель старого типа с РБМ). Получается, что для тестирования устройств РЗиА всех поколений необходимо, чтобы проверочное оборудование обеспечивало выходное напряжение до 800 В при мощности в 20 кВА.
Таблица 1 – Значения выходного напряжения в зависимости от типа устройств РЗиА и номинального тока.
| Тип РЗиА | Номинальный ток, А | ||
| Исп. 1 А | Исп. 5 А | ||
| 0,02-40 | 0,1 – 210 | 36 | |
| МП | до 6 В | до 32 В | до 6 В |
| ПП | до 24 В | до 52 В | до 9 В |
| ЭМ | до 800 В | до 170 В | до 29 В |
Однако, учитывая тот факт, что проверочное оборудование имитирует работу измерительного трансформатора тока, на практике столь большая мощность не требуется. В связи с этим максимальное выходное напряжение источника тока прибора РЕТОМ-61 составляет 34 В, что вполне достаточно для проверки выше перечисленных устройств РЗА. При необходимости можно увеличить значение выходного напряжения в два раза, подключив два источника тока последовательно, а применяя дополнительный блок однофазного преобразователя тока РЕТ-10, входящий в состав испытательного комплекса РЕТОМ-61, можно развить на нагрузке напряжение до 500 В или ток до 360 А (при этом выходная мощность определяется возможностями каналов тока прибора РЕТОМ-61).
Какая же выходная мощность источников тока требуется для проведения проверок различных типов устройств РЗиА? В качестве примера рассмотрим основные выходные параметры токового канала прибора РЕТОМ-61. На рисунке 1 представлены зависимости максимальных выходных значений тока, напряжения и мощности канала от сопротивления нагрузки. Для наглядности на оси сопротивлений условно показаны диапазоны нагрузок различных типов устройств РЗА: микропроцессорных, полупроводниковых, электромеханических панелей.
Рисунок 1. Зависимость основных параметров канала тока РЕТОМ-61 от сопротивления нагрузки.
На рисунке видно, что в диапазоне 0,3-2,0 Ом мощность достигает наибольших значений, т.е. в случае, когда это действительно необходимо – при тестировании пятиамперных электромеханических защит. Проверка одноамперных электромеханических панелей, имеющих сопротивление более 2 Ом, требует от проверочного оборудования высокого выходного напряжения, при этом величина тока ограничена выходным напряжением источника. Проверка МП защит обычно проводится током до 36 А при мощности до 200 ВА.
Таким образом, в идеале токовый канал проверочного оборудования должен обладать выходной мощностью до 1000 ВА. Комплекс РЕТОМ-61 имеет выходную мощность одного канала до 800 ВА, тогда как другие подобные устройства обеспечивают мощность канала на уровне 400 ВА.
Для обеспечения одновременной выдачи максимальной мощности шестью каналами тока (около 4,8 кВА) в прибор должен быть встроен очень мощный блок питания. Однако опыт эксплуатации прибора РЕТОМ-61 показал, что на практике чаще используются три канала тока в трехфазном режиме, имитирующие однофазные, двухфазные и трехфазные виды аварий. В данном режиме прибор выдает мощность до 2400 ВА, что обеспечивает проверку всех типов устройств РЗА. Использование пяти или шести каналов тока необходимо только при тестировании микропроцессорных терминалов, и в этом случае большая мощность не требуется. Таким образом, при создании прибора РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» найден разумный компромисс между весогабаритными параметрами и работоспособностью системы, позволяющей проводить полноценные проверки всех видов устройств РЗиА.
Далее рассмотрим зависимость выходного тока от нагрузки и то, как она влияет на точность работы канала. В отличие от идеальных источников тока реальные источники всегда имеют конечное внутреннее сопротивление. В нашем случае это различные схемы защиты от входных воздействий и контроля над параметрами выходного сигнала, фильтры и т.д. На рисунке 2 показана схема подключения нагрузки и перераспределение выходного тока между паразитным внутренним сопротивлением источника тока (R_в) и нагрузкой (R_н).
Рисунок 2. Перераспределение Iвых между внутренним сопротивлением источника тока (Rв) и нагрузкой (Rн).
Выходной ток вычисляется по формуле:
Следовательно, чем больше значение R_в, тем меньше изменение тока в нагрузке.
На рисунке 3 показан график зависимости тока в нагрузке от сопротивления для источника калибраторного типа, который обычно применяется в поверочных устройствах, подобных РЕТОМ-61.
Рисунок 3. Зависимости тока в нагрузке от сопротивления(R_пред = 100 Ом, R_к – сопротивление калибровки)
Суть работы источника калибраторного типа заключается в том, что заданное значение тока не должно зависеть от изменения нагрузки R_н. Например, значение сопротивления реле РТ-40 при срабатывании может измениться почти на 20%, при этом ток, протекающий через обмотку, меняться не должен, в противном случае параметры срабатывания реле будут определены неточно.
Для того, чтобы обеспечить корректную работу испытательного прибора, необходимо, чтобы ток менялся в пределах границ гарантированной точности (соответствующей на графике абсолютной точности ±δ% от заданной величины тока I_з) во всем диапазоне нагрузок. Если изменение тока выходит за рамки допускаемой погрешности при сопротивлении меньшем 100 Ом, то следует говорить о рабочем диапазоне нагрузки или приводить дополнительную погрешность от сопротивления. На рисунке граница R_пред рабочего диапазона нагрузок соответствует 100 Ом, поскольку типовое сопротивление различных устройств РЗиА не превышает данное значение. Следует заметить, что уменьшение рабочего диапазона нагрузок позволит заявить более высокую точность, но это повлечет за собой ограничение области применения прибора с точки зрения нагрузки. Прибор РЕТОМ-61 имеет рабочий диапазон нагрузки практически до 150 Ом, что позволяет отстроиться от влияния сопротивления проверяемого объекта. Однако следует учитывать, что если сопротивление достаточно большое, то величина выходного тока будет ограничена, в этом случае при достижении максимального значения напряжения прибор выдаст предупреждающее сообщение о несоответствии выходного тока заданной величине.
В заключение, следует отметить, что в статье рассматривалась диагностика вторичных устройств РЗиА. Ток первичной цепи может достигать 25 кА и более, но это отдельный вопрос, требующий дальнейшего рассмотрения.
Зайцев Б.С. НПП «Динамика» г. Чебоксары сентябрь 2014
- Поделитесь: