Ащита от электромагнитных полей и излучений

Многие промышленные производства сопровождаются различными излучениями. Природа излучений обусловлена процессами, происходящими в веществе: движущимися электрическими зарядами (электромагнитные волны), изменением во времени дипольного электрического момента электрической системы (электрическое дипольное излучение), переходом тепловой энергии вещества в энергию излучения, изменение возбужденного состояния ядер вещества (жесткое электромагнитное гамма-излучение) и т.д.

Негативное воздействие некоторых излучений на организм человека требует использования защитных мероприятий. Основными мерами защиты от излучений являются: защита " расстоянием", защита " временем" и экранирование. При достаточном удалении от источника излучения интенсивность излучения ослабевает вследствие взаимодействия излучения с атмосферным воздухом до величины, безопасной для человека. Ограничение времени пребывания в зоне облучения, а также использование защитных экранов позволяет обеспечить безопасность человека. В зависимости от характера излучения осуществляется расчет безопасного расстояния, времени пребывания в зоне облучения и защитного экранирования.

Защита от тепловых излучений теплоизоляцией источников, экранированием источников, рабочих мест.

Теплоизоляция горячих поверхностей может быть мастичной, оберточной, засыпной. Мастичная теплоизоляция достигается нанесением на горячую поверхность изоляционной мастики. В качестве оберточной изоляции используют асбестовую ткань, минеральную вату, войлок. Засыпная изоляция в каналах достигается применением молотого диатомита, перлита и т.п. В основе расчета теплоизоляции лежит допустимая величина тепловых потерь.

Теплозащитные экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Теплоотражающие выполняются из металла, могут быть водоохлаждаемые и футерованные. В качестве материала используется алюминиевая фольга, белая жесть, листовой алюминий. Теплопоглощающие экраны - это металлические заслонки, щиты, а также экраны из асбеста. К теплоотводящим экранам относятся экраны, от которых тепло отводится водой. Расчет экрана основан на определении температуры внутренней и наружной поверхности экрана с учетом ограничений на температуру наружной поверхности (≤ 45^оС).При технологической необходимости в смотровых проемах используются полупрозрачные и прозрачные теплоизолирующие экраны: цепные, металлические сетки из специального стекла (одинарные и двойные), охлаждаемые водой в зависимости от интенсивности тепловых излучений.

Лазерное излучение. Основой коллективной защиты от лазерного излучения служат оградительные устройства (экраны, кожуха и т.п.). Лазеры 3-го и 4-го класса опасности применяются только в установках закрытого типа, полностью изолирующих лазерное излучение от работающих. Расположение защитных устройств в лазерной установке приведено на рис.28.

Экраны и элементы оградительных устройств изготавливаются из огнестойких материалов, не выделяющих вредных веществ при высоких температурах. Конструкция лазерной установки должна исключать воздействие на работающих прямых и диффузных лазерных излучений.

Дополнительными мерами защиты служат дистанционное управление, сигнализация, защитные запоры на лазерной установке, матовые поверхности ограждений производственных помещений. В качестве индивидуальных средств защиты от лазерных излучений служат защитные очки со специальными стеклами, снижающими уровень диффузного излучения на глаза.

Рис. 28 Схема защитных устройств лазера: 1 – лазер; 2 – защитная бленда; 3 – защитная диафрагма; 4 – мишень; 5 – огнезащитный экран.

Защита от электромагнитных полей (ЭМП) достигается экранированием. В основе экранирования лежит принцип отражения и поглощения ЭМП материалами экрана. Эффективность экрана зависит от структуры ЭМП, от формы и расположения источников излучения, экрана и его материала. Оценка эффективности (е) экрана в дБ определяется зависимостью:

е = 201g

где F_э, F₀ - напряженность ЭМП соответственно с экраном и без экрана в рассматриваемой точке.

Для защиты от ЭМП используются как плоские экраны, так и экранирующие оболочки вокруг источников ЭМП. В качестве экранирующих материалов для отражающих экранов используются металлические листы, проволочные сетки (эффективность которых зависит от диаметра проволоки и шага сетки), фольга, токопроводящие краски.

В поглощающих экранах используют пенопласты, резину, поролон, древесное волокно. В некоторых случаях используются многослойные экраны из нескольких магнитных и немагнитных слоев, чем достигается высокая их эффективность.

В отражающих экранах, выполненных из проводящих материалов (медь, алюминий, сталь), ЭМП создает токи Фуко и вторичное ЭМП, противонаправленное экранируемому. Поэтому результирующее ЭМП быстро убывает. Глубина проникновения ЭМП в экран незначительна (1× 10^{-3 см), поэтому толщина защитных экранов принимается из условия обеспечения механической прочности ( мм). Защитные экраны от ЭМП должны иметь надежное заземление. При использовании экранирующих оболочек их размеры и формы определяются экранируемыми объектами (индукторы, конденсаторы и т.п.) (рис.29).}

Рис. 29. Экранирование волноводными фильтрами индуктора (а) и конденсатора (б)

Защита рабочего места от ЭМП достигается заключением источника в экранирующую камеру, шкаф или вынесением источника ЭМП в отдельное изолированное помещение. Мерой защиты от ЭМП является снижение мощности генератора излучения. Последнее достигается подключением на пути передачи энергии от генератора к источнику поглотителей, представленных на рис.30.

Защита от ЭМП промышленной частоты достигается увеличением высоты подвеса воздушных линий, использованием металлических навесов, козырьков, перегородок. При невозможности применения коллективных средств защиты от ЭМП используется СИЗ: халаты и комбинезоны из металлизированной ткани, очки с металлизированными стеклами, ослабляющими ЭМП до 30 дБ.

Ионизирующие излучения. Защита от радиоактивных излучений (РАИ) должна соответствовать основным санитарным правилам ОСП 72/87 и включает организационные и технические мероприятия.

Основой технической защиты от РАИ является экранирование. Экраны могут быть стационарные, передвижные, разборные, сплошные, полностью окружающие источник. По структуре различают гомогенные (из одного материала) и гетерогенные (из набора разных материалов).

Задача экранирования включает выбор материала и определение толщины экрана.

Рис. 30. Конструкция поглотителей электромагнитных излучений: а) постоянный аттенюатор (с постоянным затуханием); б, в) волноводные переменные аттенюаторы (с переменным затуханием); г) – поглотитель мощности с охлаждаемыми ребрами; д) ступенчатый поглотитель мощности; е) поглотитель мощности, охлаждаемый водой

При прохождении ионизирующих частиц через вещество происходит их рассеяние, поглощение и деление. Взаимодействие частиц с преградой зависит от вида частиц, их энергии и атомного номера материала среды. Для узкого пучка РАИ справедлив экспоненциальный закон ослабления:

φ (d) = φ ₀ exp (-Σ d),

где d – толщина слоя, (φ ₀ – плотность потока нерассеяных частиц .

При расчете защиты от излучении используется коэффициент ослабления экрана, т.е. отношение показаний детектора в точке детектирования при наличии экрана и без экрана. Так, толщина защиты от гамма-излучения гомогенным экраном определяется по потребной кратности ослабления

K(Eo, d),

т.е. отношением эквивалентной дозы в отсутствии защиты к эквивалентной дозе за экраном

K(Eo, d) = Ho/DMD(d),

где Но – мощность эквивалентной дозы в точке без экрана, DMD(d) – допустимая мощность эквивалентной дозы за экраном толщиной d.

Выбор материала экрана зависит от вида излучения, его спектрального состава, энергии. Защиту от α -излучения обеспечивает слой воздуха в несколько см, лист бумаги, тонкой фольги. Для защиты от β -излучения используют составной экран. Поскольку β -излучение вызывает интенсивное малоэнергетическое излучение в материале экрана, то используется комбинированный экран из материала с малой и большой атомной массой. Экран для защиты от γ -излучения изготовляют из материала с большой атомной массой (свинец, вольфрам, чугун и др.). Стационарные защитные экраны в зданиях, сооружениях выполняются из баритобетона, кирпича, бетона. Прозрачные экраны выполняются из свинцового стекла.

В качестве защитного материала от нейтронного излучения используется материал, содержащий водород (парафин, вода, пластмассы и т.п.).

Толщину экрана можно рассчитывать с использованием слоя половинного ослабления (Δ _1/2), уменьшающего излучение в 2 раза. Кратность ослабления K(d) связана с числом слоев половинного ослабления зависимостью

K(d) = 2ⁿ,

где n = d/Δ _1/2 – число слоев половинного ослабления.

В справочниках приводятся номограммы, таблицы зависимости кратности ослабления (К) для различных материалов (рис.31).

В расчете толщины экрана от нейтронов используется зависимость: φ (d) = φ ₀ exp (-d/L), где L - длина релаксации, зависящая от энергии нейтронов. Ослабление потока β -частиц в поглотителе подчиняется экспоненциальному закону φ (d) = φ ₀·exp (-μ ·d), где μ – массовый коэффициент поглощения электронов, см²/r; d – массовая толщина поглотителя, г/см².

Организационные меры защиты от РАИ включают:

- прием комиссией помещений и установок для работ с РАИ;

- наличие санитарного паспорта на источник РАИ;

- обучение персонала, работающего с источником;

- разработку инструкции по радиационной безопасности по работе с РАИ;

Рис. 31. Номограмма для расчета защиты от g-излучения

Мощность эквивалентной дозы излучения от переносных радиоактивных источников должна быть не более 0, 3 мбэр/ч на расстоянии 1 м от поверхности защиты аппаратуры и источником и не более 10 мбэр/ч вплотную к поверхности защиты. На двери помещений, где работают с источниками, на источники наносится знак радиационной опасности (рис.32).

Рис. 32. Знак радиационной опасности

При работе с открытыми источниками РАИ принимаются меры защиты от загрязнения воздуха, поверхностей рабочих помещений, одежды персонала. Работы с открытым источником разрешается проводить только в отдельном специально оборудованном помещении.