Защита городской среды от вибрации, шума, электромагнитных и ионизирующих излучений Тема 8
Огромное негативное влияние на биосферу оказывают такие физические загрязнители, как вибрация, шум, электромагнитные поля, радиоактивность. Их присутствие в окружающей среде приводит к нарушениям в экологической нише (исчезновению звена в пищевой цепи). Это, в свою очередь, ведет к нарушению обмена веществ, снижению интенсивности ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивности биоценоза в целом. 8. 1. Шум и вибрация 8. 1. 1. Вибрация Механические колебания - это периодически повторяющиеся движения, вращательные или возвратно-поступательные. К механическим колебаниям относятся тепловые колебания атомов, биение сердца, колебания моста под ногами, земли от проезжающего рядом поезда. Любой процесс механических колебаний можно свести к одному или нескольким гармоническим синусоидальным колебаниям. Основные параметры гармонического колебания: амплитуда, равная максимальному отклонению от положения равновесия (м); скорость колебаний (м/с); ускорение (м/с2); период колебаний, равный времени одного полного колебания (с); частота колебаний, равная числу полных колебаний за единицу времени (Гц). Малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил, называются вибрацией. Так, электродвигатель передает на фундамент вибрацию, вызываемую неуравновешенным ротором. Идеально уравновесить элементы механизмов практически невозможно, поэтому в механизмах с вращающимися частями почти всегда возникает вибрация. Резонансная вибрация вагона возникает в результате близости частоты силы воздействия на стыках рельсов к собственной частоте вагона. Вибрация по земле распространяется в виде упругих волн и вызывает колебания зданий и сооружений.
Вибрация машин может приводить к нарушению функционирования техники и вызвать серьезные аварии. Установлено, что вибрация является причиной 80% аварий в машинах, в частности, она приводит к накоплению усталостных эффектов в металлах, появлению трещин. При воздействии вибрации на человека наиболее существенно то, что тело человека можно представить в виде сложной динамической системы. Многочисленные исследования показали, что эта динамическая система меняется в зависимости от позы человека, его состояния - расслабленности или напряженности, и других факторов. Для такой системы существуют опасные резонансные частоты, и если внешние силы воздействуют на человека с частотами, близкими или равными резонансным, то резко возрастает амплитуда колебаний как всего тела, так и отдельных его органов. Для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4 -6 Гц, для головы 20 -30 Гц, для глазных яблок 60 -90 Гц. При этих частотах интенсивная вибрация может привести к травмам позвоночника и костной ткани, расстройству зрения, у женщин вызвать преждевременные роды. Колебания вызывают в тканях организма переменные механические напряжения. Изменения напряжения улавливаются множеством рецепторов и трансформируются в энергию биоэлектрических и биохимических процессов. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается особым органом чувств - вестибулярным аппаратом. Вестибулярный аппарат располагается в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях. Он обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела. Воздействие вибрации на организм человека определяется уровнем виброскорости и виброускорения, диапазоном действующих частот, индивидуальными особенностями человека.
За нулевой уровень виброскорости принята величина 5 • 10ˉ8 м/с, за нулевой уровень колебательного ускорения принята величина 3 • 10ˉ4 м/с2, рассчитанные по порогу чувствительности организма. По способу передачи на человека вибрация подразделяется на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека. Длительное воздействие вибраций ведет к вибрационной болезни - распространенному профессиональному заболеванию. В зависимости от степени поражения в течении вибрационной болезни различают четыре стадии. На первой стадии симптомы незначительны (слабо выраженная боль в руках, снижение порога вибрационной чувствительности, спазм капилляров, боли в мышцах плечевого пояса). На второй стадии усиливаются боли в верхних конечностях, наблюдается расстройство чувствительности, снижается температура и синеет кожа кистей рук, появляется потливость. Третья и четвертая стадии характеризуются интенсивными болями в руках, резким снижением температуры кистей рук. Отмечаются изменения со стороны нервной системы, эндокринной системы, сосудистые изменения. Нарушения приобретают необратимый характер, наблюдаются спазмы мозговых сосудов и сосудов сердца. 8. 1. 2. Методы и средства защиты от вибрации Общие методы борьбы с вибрацией можно классифицировать следующим образом: • снижение вибраций в источнике возникновения путем уменьшения или устранения возбуждающих сил; • вибродемпферование - снижение вибрации за счет силы трения демпферного устройства (перевод колебательной энергии в тепловую); • динамическое гашение - введение в колебательную систему дополнительной массы или увеличение жесткости системы;
• виброизоляция - введение в колебательную систему дополнительной упругой связи с целью ослабления передачи вибраций смежному элементу, конструкции или рабочему месту; • использование индивидуальных средств защиты. Снижение вибрации в источнике ее возникновения достигается путем уменьшения силы, которая вызывает колебание. Поэтому еще на стадии проектирования машин и механических устройств следует выбирать кинематические схемы, в которых динамические процессы, вызванные ударами и ускорением, были бы исключены или снижены. Вибродемпферование. Этот метод снижения вибрации реализуется путем превращения энергии механических колебаний колебательной системы в тепловую энергию за счет использования конструктивных материалов с большим внутренним трением (пластмасса, металлорезина). Наибольший эффект при использовании вибродемпферных покрытий достигается в области резонансных частот, поскольку при резонансе значение влияния сил трения на уменьшение амплитуды возрастает. Динамическое гашение (виброгашение). Для динамического гашения колебаний используются динамические виброгасители: пружинные, маятниковые, эксцентриковые, гидравлические. Недостатком динамического гасителя является то, что он действует только при определенной частоте, которая отвечает его резонансному режиму колебаний. Динамическое виброгашение достигается также установлением агрегата на массивном фундаменте. Виброизоляция состоит в снижении передачи колебаний от источника возбуждения к объекту, который защищается путем введения в колебательную систему дополнительной упругой связи. Эта связь предотвращает передачу энергии от колеблющегося агрегата к основе или от колебательной основы к человеку или к конструкциям, которые защищаются.
Средства индивидуальной зашиты от вибрации применяют, когда технические средства не позволяют снизить уровень вибрации до нормы. Для защиты рук используются рукавицы, вкладыши, прокладки; для защиты ног - специальная обувь; для защиты тела - нагрудники, пояса, специальные костюмы. Санитарные нормы и правила регламентируют предельно допустимые уровни вибрации, меры по снижению вибрации, предусматривают ограничение продолжительности контакта человека с виброопасным оборудованием. 8. 1. 3. Акустические колебания. Шум Механические колебания в упругих средах вызывают распространение в этих средах упругих волн, называемых акустическими колебаниями. Энергия от источника колебаний передается частицам среды. По мере распространения волны частицы вовлекаются в колебательное движение с частотой, равной частоте источника колебаний, и с запаздыванием по фазе, зависящим от расстояния до источника и от скорости распространения волны. Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, колеблющимися в одной фазе, называется длиной волны. Длина волны - это путь, пройденный волной за время, равное периоду колебаний. Упругие волны с частотами от 16 до 20 000 Гц в газах, жидкостях и твердых телах называются звуковыми волнами. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет 330 м/с, в воде - около 1400 м/с, в стали - порядка 5000 м/с. Звуковая волна характеризуется многими показателями, главными из которых являются звуковая мощность источника W, Вт; интенсивность звука I, Вт/м 2, определяющая его громкость; звуковое давление Р, Па, - среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещенное на пути волны; высота звука, Гц. Для практических целей удобной является характеристика звука, измеряемая в децибелах (Дб) - уровнях звуковой мощности Lw, звуковой интенсивности LI, звукового давления Lp:
где W 0, I 0, Р 0 – минимальные величины, вызывающие ощущение звука и называемые порогом слышимости (для частоты 1000 Гц W 0 = 1 · 10ˉ12 Вт, I 0 = 1 · 10ˉ12 Вт/м 2, Р 0 = 2 · 10ˉ5 Па). Единица измерения громкости в логарифмической шкале децибел (д. Б) примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Порог слышимости у разных людей различен и зависит от частоты звука. Интенсивность звука, при которой ухо начинает ощущать давление и боль, называется порогом болевого ощущения. На практике в качестве порога болевого ощущения принята интенсивность звука 100 Вт/м 2, соответствующая 140 д. Б. Для сравнительной оценки можно указать, что средний уровень громкости речи составляет 60 д. Б, а мотор самолета на расстоянии 25 м производит шум в 120 д. Б. Шум - это совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку нужен шум в 10 -20 д. Б. Это шум листвы, парка или леса. По частотному диапазону шумы подразделяются на низкочастотные - до 350 Гц, среднечастотные – 350 -800 Гц и высокочастотные - выше 800 Гц. По характеру спектра шумы бывают широкополосные, с непрерывным спектром и тональные, в спектре которых имеются слышимые тона.
По временным характеристикам шумы бывают постоянные, прерывистые, импульсные, колеблющиеся во времени. Измерение, анализ и регистрация спектра шума производятся специальными приборами - шумомерами и вспомогательными приборами (самописцы уровней шума, магнитофоны, осциллографы, анализаторы статистического распределения, дозиметры и др. ). Для характеристики постоянного шума установлена характеристика - уровень звука, измеренный по шкале А шумомера в д. БА. Непостоянные во времени шумы характеризуются эквивалентным (по энергии) уровнем звука в д. БА, определяемым по ГОСТ 12. 1. 050 -86. Источники шума многообразны. Это аэродинамичные шумы самолетов, наземного транспорта, удары пневматического инструмента, резонансные колебания всевозможных конструкций, громкая музыка, ветер и многое другое. Шум оказывает вредное воздействие на организм человека, особенно на центральную нервную систему, вызывая переутомление и истощение клеток головного мозга. Под влиянием шума возникает бессонница, быстро развивается утомляемость, понижается внимание, снижается общая работоспособность и производительность труда. Длительное воздействие на организм шума и связанные с этим нарушения со стороны центральной нервной системы рассматриваются как один из факторов, способствующих возникновению гипертонической болезни. Под влиянием шума возникают явления утомления слуха и ослабления слуха. Эти явления с прекращением шума быстро проходят. Если же переутомление слуха повторяется систематически в течение длительного срока при уровнях шума 80 -90 д. Б, то развивается профессиональная глухота - тугоухость. Тугоухость - это стойкое понижение слуха, затрудняющее восприятие речи окружающих в обычных условиях.
Оценка состояния слуха производится с помощью аудиометрии. Аудиометрия измерение остроты слуха, проводится с помощью специального электроакустического аппарата аудиометра. Снижение слуха на 10 д. Б человеком практически не ощущается, серьезное ослабление разборчивости речи и потеря способности слышать слабые, но важные для общения звуковые сигналы, наступает при снижении слуха на 20 д. Б. Уровень шума нормируется санитарными нормами и государственными стандартами и не должен превышать допустимых значений. Допускается использовать эквивалентные уровни звука и максимальные уровни звука. Шум считают в пределах нормы, когда он как по эквивалентному, так и по максимальному уровню не превышает установленные нормативные значения (табл. 8. 1).
8. 1. 4. Инфразвук. Ультразвук Упругие волны с частотой менее 16 Гц называют инфразвуком. Медицинские исследования показали, какую опасность таят в себе инфразвуковые колебания: невидимые и неслышимые волны вызывают у человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха. Особенно опасен инфразвук с частотой около 8 Гц из-за его возможного резонансного совпадения с ритмом биотоков и органами человека. Инфразвук вреден во всех случаях - слабый действует на внутреннее ухо и вызывает симптомы морской болезни, сильный заставляет внутренние органы вибрировать, вызывает их повреждение и даже остановку сердца. При колебаниях средней интенсивности в 110 -150 д. Б наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями - обмороками, общей слабостью. Инфразвук средней силы может вызвать слепоту. Наиболее мощными источниками инфразвука являются реактивные двигатели. Двигатели внутреннего сгорания также генерируют инфразвук, естественные источники инфразвука - действие ветра и волн на разнообразные природные объекты и сооружения. В обычных условиях городской и производственной среды уровни инфразвука невелики, но даже слабый инфразвук от городского транспорта входит в общий шумовой фон города и служит одной из причин нервной усталости жителей больших городов. Уровень инфразвука в условиях городской среды и на рабочих местах ограничивается санитарными нормами (табл. 8. 2).
Ультразвук - это упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 15 к. Гц и до 1 ГГц. Ультразвук с областью частот выше 1 ГГц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти: ультразвук низких частот (УНЧ): 15 -100 к. Гц; ультразвук средних частот (УСЧ): 100 к. Гц-10 ГГц; область высоких частот (УЗВЧ): 10 ГГц-1 МГц. Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приема, распространения и применения. По своей физической природе ультразвук не отличается от звука. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн имеет место ряд особенностей распространения ультразвука. Так, УЗВЧ хорошо распространяется в жидких и твердых средах и интенсивно затухает в газах (воздухе).
Генераторы ультразвуковых колебаний могут быть разбиты на 2 основные группы: механические, в которых источником ультразвука является механическая энергия, поток газа или жидкости, и электромеханические, в которых ультразвуковая энергия получается преобразованием электрической энергии. Применения ультразвука чрезвычайно разнообразны. Ультразвук служит мощным методом исследования различных явлений во многих областях физики. Так, например, ультразвуковые методы применяются в физике твердого тела и физике полупроводников; ультразвуковые методы все больше проникают в биологию и медицину. Важную роль ультразвук играет в гидроакустике. На принципе отражения ультразвуковых импульсов от препятствий, возникающих на пути их распространения, строится работа таких приборов, как эхолот, гидролокатор. Ультразвук используется для диагностики, терапевтического и хирургического лечения в различных областях клинической медицины. Способность ультразвука без существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от акустических неоднородностей используется для исследования внутренних органов. При распространении ультразвука в биологических средах происходит его поглощение и преобразование акустической энергии в тепловую энергию. Повышение интенсивности ультразвука и увеличение длительности его воздействия могут приводить к чрезмерному нагреву биологических структур и их повреждению, что сопровождается функциональным нарушением нервной, сердечнососудистой и эндокринной систем, изменением свойств и состава крови. Ультразвук может разрывать молекулярные связи. Так, молекула воды распадается на свободные радикалы ОНˉ и Нˉ, что является первопричиной окисляющего действия ультразвука. Таким же образом происходит расщепление ультразвуком высокомолекулярных соединений. Поражающее действие ультразвук оказывает при интенсивности выше 120 д. Б.
При непосредственном контакте человека со средами, по которым распространяется ультразвук, возникает контактное его действие на организм человека. При этом поражается периферическая нервная система и суставы в местах контакта, нарушается капиллярное кровообращение в кистях рук, снижается болевая чувствительность. Установлено, что ультразвуковые колебания, проникая в организм, могут вызвать серьезные местные изменения в тканях - воспаление, кровоизлияния, некроз (гибель клеток и тканей). Степень поражения зависит от интенсивности и длительности действия ультразвука, а также от присутствия других негативных факторов. Наличие шума ухудшает общее состояние. 8. 1. 5. Методы и средства защиты от шума Эффективная защита от неблагоприятного влияния шума требует осуществления комплекса организационных, технических и медицинских мер на этапах проектирования, строительства и эксплуатации зданий, сооружений, машин и оборудования. В целях повышения эффективности борьбы с шумом введен обязательный гигиенический контроль объектов, генерирующих шум и оказывающих вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей. Эффективным путем решения проблемы борьбы с шумом является снижение его уровня в самом источнике за счет изменения технологии и конструкции машин. К мерам этого типа относятся замена шумных процессов бесшумными, ударных - безударными (замена клепки пайкой, ковки и штамповки - обработкой давлением); замена металла в некоторых деталях пластмассовыми материалами; применение виброизоляции, глушителей, демпферования, звукоизолирующих кожухов и др. При невозможности снижения шума оборудование, являющееся источником повышенного шума, устанавливают в специальные помещения. В некоторых случаях снижение уровня шума достигается применением звукопоглощающих пористых материалов, покрытых перфорированными листами алюминия.
Большое значение в борьбе с шумом имеют архитектурно-планировочные, строительные и градостроительные мероприятия. Акустические средства защиты от шума подразделяются на средства звукоизоляции, звукопоглощения и применение глушителей шума. Снижение шума звукоизоляцией. Суть этого метода заключается в том, что шумоизлучающий объект или несколько наиболее шумных объектов располагаются отдельно, изолировано от основного, менее шумного помещения звукоизолированной стеной или перегородкой. Звукоизоляция конструкции с одним жестким слоем зависит от: • поверхностной массы, кг/м 2; • изгибной жесткости, то есть насколько жесток или гибок материал; • частоты звука; • косвенной передачи звука через фланкирующие конструкции (перекрытия, полы, продольные стены); • открытых швов. В понятии «звукоизоляция» следует различать две величины: Rw - звукоизоляция без учета фланкирующих конструкций, полученная при испытаниях в лаборатории, д. Б; R‘w - звукоизоляция конструкции с учетом фланкирующих конструкций - строительная звукоизоляция, д. Б. Чтобы получить представление о достигаемой величине звукоизоляции, можно воспользоваться субъективными звуковыми ощущениями в соседнем помещении (табл. 8. 3).
Величину звукоизоляции воздушного шума можно выразить логарифмическим отношением мощности или интенсивности звука в помещении с источником звука (индекс S) и в помещении с приемником звука (индекс Е) – величиной R: Если звукоизоляция конструкции определяется через уровень звука с учетом фланкирующих конструкций, используется формула: где Ls – уровень звука в комнате с источником; LE - уровень звука в комнате с приемником (в обоих случаях в зависимости от частоты звука); A – исследуемая площадь стен, м²; A 0 – эквивалентная площадь звукопоглащения, м². Эквивалентная площадь звукопоглощения А 0 выражается как сумма площадей всех ограничивающих помещение поверхностей, если бы они имели коэффициент звукопоглощения 100%, может быть рассчитана по формуле: где V - объем помещения с приемником звука, м³; T – время реверберации в помещении с приемником, с: где V 0 – объем помещения с источником звука, м³.
Звукопоглощение достигается за счет перехода колебательной энергии звука в теплоту вследствие потерь на трение в звукопоглотителе. Звукопоглощающие материалы и конструкции предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях. Акустическая обработка помещения предусматривает покрытие потолка и верхней части стен звукопоглощающим материалом. Эффект акустической обработки выше в низких помещениях (где высота потолка не превышает 6 м) вытянутой формы. Акустическая обработка позволяет снизить шум на 8 д. БА. Определение требуемого снижения уровней шума с помощью звукоизоляции и звукопоглощения нормируется СНи. П. Глушители шума применяются в основном для снижения шума различных аэродинамических установок и устройств. В практике борьбы с шумом используют глушители различных конструкций, выбор которых зависит от конкретных условий, спектра шума и требуемой степеми снижения шума. Глушители разделяются на абсорбционные, реактивные и комбинированные. Абсорбционные глушители, содержащие звукопоглощающий материал, поглощают поступившую в них звуковую энергию, а реактивные отражают ее обратно к источнику. В комбинированных глушителях происходит как поглощение, так и отражение звука. Одним из приемов шумозащиты жилой застройки от транспортного шума является величина разрыва между границей жилой застройки и проезжей частью межмагистральной улицы или дороги. Однако воспользоваться только этим приемом для создания оптимального шумового режима на территории населенных мест практически невозможно, гак как зона дискомфорта примагистральной территории простирается, как правило, на сотни метров (табл. 8. 4).
По действующим Строительным нормам и правилам линия застройки микрорайона может быть удалена, например, от проезжей части магистральной улицы общегородского значения в пределах 22 -30 м. На этих расстояниях уровни звука снизятся незначительно, всего на 2 -8 д. БА. Размещение специальных защитных полос зеленых насаждений может дополнительно снизить уровень звука не более чем на 2 -3 д. БА. Шумозащитные качества зеленых насаждений заметно проявляются только тогда, когда они сформированы в виде специальных многорядных посадок. При уменьшении ажурности крон деревьев и при увеличении плотности листвы повышается эффект шумозащиты. Заглубление магистрали относительно общего уровня поверхности прилегающей территории заметно влияет на снижение шумового режима застройки. При достаточном (не менее 2 м) заглублении полотна дороги требуемые территориальные разрывы уменьшаются.
Наиболее эффективным планировочным приемом защиты от шума является зонирование межмагистральных территорий, при котором вблизи транспортных магистралей размещаются учреждения культурно-бытового обслуживания, коммунальные предприятия, административно-хозяйственные учреждения. В зоне, более удаленной от транспортных магистралей, размещаются основной жилой массив повышенной этажности, детские учреждения, школы и места отдыха. Благоприятны в акустическом отношении решения, при которых жилые группы формируются из домов ломаной, криволинейной конфигурации в плане. В условиях современного строительства в качестве придорожных экранов применяют откосы, выемки, возвышения рельефа местности или специальные земляные валы - кавальеры, которые отсыпают из грунта котлованов зданий и корыт замощений проездов. При отсутствии свободных территорий в целях шумозащиты применяют экраныстенки, которые изготовляются из разнообразных материалов - железобетона, стали, алюминия, пластмасс и др. , и разных схем. Перспективно применение вдоль магистралей специальных типов жилых зданий, выполняющих роль шумозащитных экранов. Такой дом, как правило, имеет значительную длину, звукопоглощающие фасады со звукоизолирующими оконными проемами и может защищать собой от шума целый микрорайон. 8. 2. Воздействие электромагнитных полей на среду обитания 8. 2. 1. Источники электромагнитного излучения в крупных городах Биосфера на протяжении всей эволюции находилась под влиянием электромагнитных полей (ЭМП), так называемого фонового излучения, вызванного естественными причинами. В процессе индустриализации человечество прибавило к этому целый ряд факторов, усилив фоновое излучение.
В связи с этим ЭМП антропогенного происхождения начали значительно превышать естественный фон и теперь превратились в опасный экологический фактор. Масштабы электромагнитного загрязнения среды стали сегодня столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число актуальных проблем для человечества. За последние десятилетия сформировался новый фактор окружающей среды - электромагнитные поля антропогенного происхождения. Некоторые специалисты относят ЭМП к числу сильнодействующих экологичсских факторов с катастрофическими последствиями для всего живого. Особенно резко напряженность полей возросла вблизи линий электропередач, радио- и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи (в т. ч. мобильной и спутниковой), различных энергетических установок, городского электротранспорта. С точки зрения эволюционного процесса колоссальный рост напряженности ЭМП можно рассматривать как одномоментный скачок с неясными пока биологическими последствиями. Количество разнообразных источников ЭМП во всем частотном диапазоне (вплоть до десятков ГГц) за последние годы резко увеличилось. Это системы сотовой связи, неисчислимое количество систем мобильной радиосвязи, станций спутниковой связи, радары, контролирующие скорость движения транспорта, телеканалы и сотни радиовещательных станций. В Москве уровень электромагнитного фона в последние годы возрос на 2 -3 порядка и, что особенно важно, распределяется крайне неоднородно. Приведенные примеры показывают, что проблема электромагнитной загрязненности города перестала касаться только специалистов. Данные о пространственно-временной изменчивости источников ЭМП могут быть использованы для уменьшения эффектов их негативного влияния на здоровье населения. Информация об уровне электромагнитного загрязнения может стать, например, одним из критериев при расчете стоимости земли и жилья.
Применение ряда радиотехнических приборов и систем, новых технологических процессов также приводит к излучению электромагнитной энергии в окружающую среду и создает ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием электромагнитных излучений на организм человека. 8. 2. 2. Воздействие электромагнитных полей на организм человека Под влиянием электромагнитных полей (ЭМП) происходит перегрев организма, наблюдается отрицательное воздействие на центральную нервную, эндокринную и сердечно-сосудистую системы, изменяется и ухудшается зрение, память. У человека повышается утомляемость, артериальное давление, нарушается обмен веществ. Результатом продолжительного воздействия ЭМП даже относительно слабого уровня могут быть раковые заболевания, болезни Паркинсона и Альцгеймера, синдром внезапной смерти внешне здорового ребенка, угнетение половой функции и многие другие состояния, включая повышение уровня самоубийств в крупных городах. Особое место занимает опасность воздействия ЭМП для развивающегося организма в утробе матери (эмбриона) и детей, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям, поскольку они обладают исключительно большой чувствительностью к ЭМП. Существование человека в любой среде связано с воздействием на него и среду обитания электромагнитных полей. В случаях неподвижных электрических зарядов мы имеем дело с электростатическими полями (ЭСП). При трении диэлектриков на их поверхности появляются избыточные заряды, создающие потенциал до 500 вольт. Земной шар заряжен отрицательно, а разность потенциалов между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы составляет 400 000 вольт. Наряду с естественными статическими электрическими полями в условиях техносферы и в быту человек подвергается воздействию искусственных статических электрических полей.
Искусственные статические электрические поля обусловлены возрастающим применением для изготовления предметов домашнего обихода, игрушек, обуви, одежды, для отделки интерьеров жилых и общественных зданий, для изготовления строительных деталей, производственного оборудования, аппаратуры, инструментов, деталей машин различных синтетических полимерных материалов, являющихся диэлектриками. При трении диэлектриков в результате разделения зарядов на их поверхности могут появляться значительные не скомпенсированные положительные или отрицательные заряды. Величина заряда определяется видом диэлектрика. Особенно сильно, например, электризуется полиэтилен. Электрические поля от избыточных зарядов на предметах, одежде, теле человека оказывают большую нагрузку на нервную систему человека. Исследования показывают, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно-сосудистая система организма. Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком). При функциональных заболеваниях нервной системы применяют лечение постоянным электрическим полем. Под действием внешнего строго дозированного электрического поля происходит перерастание зарядов в тканях организма, что улучшает окислительно-восстановительные процессы, лучше используется кислород, заживают раны. 8. 2. 3. Основные способы защиты от воздействия электромагнитных и электростатических полей Для уменьшения влияния электромагнитных и электростатических полей на персонал и население, которое находится в зоне действия радиоэлектронных средств, следует применять ряд защитных мероприятий. В их число входят организационные, инженерно-технические и медико-профилактические.
Осуществление организационных и инженерно-технических мероприятий возложено прежде всего на органы санитарного надзора. Вместе с предприятиями и учреждениями, которые используют источники электромагнитного излучения, они должны принимать меры по гигиенической оценке нового строительства и реконструкции объектов, которые производят и используют радиосредства, а также новых технологических процессов и оборудования с использованием ЭМП, проводить текущий санитарный и технический надзор за объектами. Поскольку полностью избежать облучения невозможно, следует уменьшить вероятность проникновения людей в зоны с высокой интенсивностью ЭМП, сократить время их нахождения под облучением. Мощность источников излучения должна быть минимально необходимой. В целях защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи (ВЛ), регламентируются санитарные разрывы. Санитарный разрыв ВЛ устанавливается на территории вдоль трассы высоковольтной линии, в которой напряженность электрического поля превышает 1 к. В/м. Расстояния от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к ВЛ, принимается равным: • 20 м - для ВЛ напряжением 330 к. В, • 30 м - для ВЛ напряжением 500 к. В; • 40 м - для ВЛ напряжением 750 к. В; • 55 м - для ВЛ напряжением 1150 к. В. Исключительно важное значение имеют инженерно-технические методы и средства защиты: коллективный (группа домов, район, населенный пункт), локальный (отдельные здания, помещения) и индивидуальный. Коллективная защита опирается на расчет распространения радиоволн в условиях конкретного рельефа местности. Экономически целесообразнее использовать естественные экраны - складки местности, лесонасаждения, нежилые здания.
Установив антенну на горе или увеличив ее высоту, можно уменьшить интенсивность поля, которое облучает населенный пункт, во много раз. Установка экранов в виде отражающих и радиопоглощающих щитов, использование растительности (лесных полосы, рощи) также дает положительный эффект. Определение величины санитарно-защитных зон в местах размещения передающих радиотехнических объектов осуществляется в соответствии с действующими санитарными правилами и нормами по электромагнитным излучениям радиочастотного диапазона и методиками расчета интенсивности электромагнитного излучения радиочастот. Локальная защита более эффективна. Она базируется на использовании радиозащитных материалов, которые обеспечивают высокое поглощение энергии излучения в материале и отражение от его поверхности. Для экранирования используют металлические листы и сетки с хорошей токопроводимостью. Защиту помещений от внешних излучений можно осуществить путем оклейки стен металлизированными обоями, защиты окон металлическими сетками, металлизированными шторами, сводя облучение в таком помещении к минимуму. К инженерно-техническим средствам защиты также принадлежат: • конструктивная возможность работать на оборудовании с минимальной мощностью; • дистанционное управление; • защита обслуживающего персонала от излучающей аппаратуры экранами с радиопоглощающими материалами. Для защиты тела человека используется одежда из металлизированных тканей и радиопоглощающих материалов. Металлизированная ткань состоит из хлопковых или капроновых ниток, спирально обвитых металлической проволокой. Таким образом, эта ткань, как и металлическая сетка, ослабляет излучение не менее чем на 20 -30 д. Б.
Глаза защищают специальными очками с нанесенной на внутреннюю поверхность стекла пленкой, содержащей диоксид олова. Резиновая оправа очков имеет запрессованную металлическую сетку. Этими очками излучение НВЧ ослабляется на 20 -30 д. Б. 8. 3. Ионизирующее излучение 8. 3. 1. Источники и виды ионизирующих излучений Ионизирующее излучение - любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образования электрических зарядов разных знаков (ионов, нуклидов). Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида химического элемента в другие нуклиды, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер - ионизирующими излучениями. Природные и строительные материалы являются источником радиоактивного излучения. Например, из грунта выделяются радиоактивные газы, в частности радон. Радиоактивное излучение, фиксируемое в конкретном месте, называют фоновым ионизирующим излучением. Оно является результатом действия следующих источников: • природного естественного радиоактивного фона, вызванного присутствием в биосфере радионуклидов; • технически повышенного естественного фона, вызванного деятельностью человека; • искусственных источников излучения (радиоизотопные приборы, гаммадефектоскопы и др. ). Источниками сверхфонового радиоактивного загрязнения являются: • долгоживущие радиоактивные изотопы - продукты испытаний ядерного оружия; • плановые и аварийные выбросы радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий атомной промышленности и транспортных средств с атомными энергоустановками;
• твердые и жидкие радиоактивные отходы. Ионизирующие излучения, которые состоят из частиц с массой покоя, отличной от ноля (альфа- и бета-частицы, нейтроны), и электромагнитные излучения (рентгеновское и гамма-излучение), которые при взаимодействии с веществами могут образовывать в них ионы, называются корпускулярными. Альфа-излучение - это поток ядер гелия, который излучается веществом при радиоактивном распаде. Эти частички имеют высокую ионизирующую и низкую проникающую способность. Бета-частицы - это поток электронов и протонов. Проникающая способность бетачастиц выше (2, 5 см в живых тканях и до 18 м в воздухе), а ионизирующая - ниже, чем у альфа-частиц. Нейтроны вызывают ионизацию веществ и вторичное излучение, которое состоит из заряженных частиц и гамма-квантов. Проникающая способность зависит от энергии и от состава веществ, которые взаимодействуют. Гамма-излучение - это электромагнитное (фотонное) излучение с большой проникающей и малой ионизирующей способностью. Рентгеновское излучение - излучение, возникающее в среде, которая окружает источник бета-излучения, в ускорителях электронов и являющееся совокупностью тормозного и характерного излучений. Характерным называют фотонное излучение с дискретным спектром, который возникает при изменении энергетического состояния атома. Тормозное излучение - это фотонное излучение с непрерывным спектром, которое возникает при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Источниками ионизирующих излучений в промышленности являются установки рентгеноструктурного анализа, высоковольтные электровакуумные системы, радиационные дефектоскопы, толщиномеры, плотномеры и др.
На территориях, подверженных радиоактивному загрязнению, при движении автомобилей происходит осаждение на транспортных средствах радиоактивной пыли. В результате, например, в замкнутых системах водоснабжения транспортных предприятий вода после многократного (более 40 раз) использования получает уровень радиоактивности, существенно превышающий установленные нормативы. Поэтому транспортные средства и объекты инфраструктуры, а также природные строительные материалы могут быть источниками радиоактивного излучения. 8. 3. 2. Влияние ионизирующих излучений на организм человека Степень биологического влияния ионизирующего излучения на организм зависит от поглощения живой тканью энергии и возникающей при этом ионизации молекул. Во время ионизации в организме возникает возбуждение молекул клеток. Это предопределяет разрыв молекулярных связей и образование новых химических связей, не свойственных здоровой ткани. Под влиянием ионизирующего излучения в организме нарушаются функции кроветворных органов, растет хрупкость и проницаемость сосудов, нарушается деятельность желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма, он истощается. Нормальные клетки перерождаются в злокачественные, возникают лейкоз, лучевая болезнь. Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, анамалии в развитии плода и др. ) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни). Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0, 25 Гр. При дозе 0, 25 -0, 5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются.
В интервале дозы 0, 5 -1, 5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10% облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1, 5 -2, 0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией. Смертельные исходы при гамма-облучении не регистрируются. Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества (радий, стронций и др. ) поглощаются и накапливаются в конкретных органах человека, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, а редкоземельные элементы - преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются в организме человека изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония. 8. 3. 3. Защита от ионизирующих излучений осуществляется путем осуществления следующих мероприятий: • использование источников с минимальным излучением путем перехода на менее активные источники, уменьшение количества изотопа; • сокращение времени работы с источником ионизирующего излучения; • отдаление рабочего места от источника ионизирующего излучения; • экранирование источника ионизирующего излучения. Экраны могут быть передвижные или стационарные, предназначенные для поглощения или ослабления ионизирующего излучения.
Обеспечение радиационной безопасности производстве, обработке, переработке, применении, хранении, транспортировании, обезвреживании и захоронении радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений осуществляется в соответствии с Нормами радиационной безопасности и Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений.
Скачать презентацию Защита городской среды от вибрации шума электромагнитных и
тема 8 Защита городской среды.pptx