Расчет параметров защитного экрана монитора компьютера

Основным поражающим фактором при подготовке дипломной работы является ионизирующее излучение. Рентгеновские лучи, поглощенные организмом человека, способны оказывать на него биологическое воздействие. Степень этого воздействия определяется количеством поглощенных фотонов и длиной волны излучения.

При работе за компьютером человек подвергается воздействию ионизирующего излучения (ИИ), источником которого является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). В зависимости от характера и длительности работ, мощности излучаемой экспозиционной дозы предполагается использование тех или иных мер защиты от излучения. В качестве технического средства защиты рекомендуется применение дополнительного экрана, защитного фильтра на монитор персонального компьютера, который снижает мощность дозы за экраном в требуемое число раз. Мощность дозы излучения (с учетом экранирования анода рентгеновской трубки) и требуемая кратность уменьшения дозы оцениваются с использованием данных о дозовых пределах.

Оценка эффективности существующих и используемых защитных средств производится путем расчетов экспозиционной и эффективной дозы облучения. Если величина дозы превышает допустимый предел, то предлагается применение дополнительных мер защиты.

Для расчета дозы облучения необходимы следующие исходные данные: I - сила анодного тока ЭЛТ, мА; U – напряжение на пластинах развертки ЭЛТ, кВ. Для современных компьютеров значения напряжения U > 1 кВ. В этом случае при выбивании ускоренным пучком электронов вторичных электронов из анода образуется ИИ (мягкое рентгеновское излучение). Кроме того, электроны, эмитированные катодом и ускоренные вторым анодом, ударяясь о линзу кинескопа, создают тормозное излучение.

Максимальная энергия кванта рентгеновского излучения Е, МэВ, зависит от напряжения на пластинах следующим образом:

E = U·10^-3, (33)

Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения р_X, Р/с, можно оценить с помощью следующей формулы:

р_X = k₁·I·E·γ/ k₂·4π·r², (34)

где k₁ – коэффициент перевода силы тока I, мА, в число электронов в пучке

за 1с, k₁=6,25·10¹³;

γ – линейный коэффициент истинного поглощения в воздухе, зависящий от энергии тормозного излучения, см^-1;

k₂ – энергетический эквивалент рентгена, МэВ/(Р·см³), k₂=7,1•10⁴;

r – расстояние от мишени до облучаемого объекта, см.

Так как мягкое излучение (Е лежит в диапазоне от 10^-3 до 10^-2 МэВ) обладает значительно меньшей проникающей способностью, и, как следствие, ошибки в расчетах менее значительны, последнюю формулу можно значительно упростить. Учитывая, что произведение E·γ ≤ 10^-4 выражение для р_X, А/кг, будет иметь вид:

р_х =7·(I / r²)·10 ^{–5· (m·d) / 2,3}, (35)

где m - коэффициент линейного поглощения материала экрана, см^-3;

d - толщина экрана (стекла ЭЛТ), см.

Величину m в диапазоне энергии E ≤ 10^-2 можно вычислить по формуле m = 24,6·ρ, где ρ - плотность материала экрана (2,6 10^-3 кг/см³). Следовательно:

p_x = (7·3 / 50²)·10^{-5·24,6·0,0026·0,8 / 2,3} = 7,9·10^-8

Для перевода мощности экспозиционной дозы в мощность поглощенной дозы p_д, Гр·кг/Кл используется формула:

р_д = k_п ·p_x, (36)

где k_П - коэффициент поглощения (k_П = 33 Гр кг/Кл).

Мощность эквивалентной дозы р_н = W_R·р_д, Зв/с, для рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент W_R = 1, максимальное время работы в неделю за дисплеем 36 часов или k₁ ≈ 13·10⁴ с/нед, тогда эквивалентная доза в неделю, Зв/нед равна:

Рн_н = k_П ·W_R· k₁·p_x, (37)

Таким образом, Рн_н = 33·13·10⁴·1·7,9·10^-8 = 0,34.

Дозовый предел эффективной дозы для группы А лиц из персонала ПДД = 20 мЗв/год, тогда при числе рабочих недель в году n = 50 рассчитывается недельный дозовый предел, он составит 0,4 мЗв/нед. С этой величиной и сравнивается Рн_н. Получаемая эквивалентная доза в неделю Рн_н меньше недельного дозового предела, т.е. 0,34 < 0,4. Это означает, что излучение находится в пределах допустимого и защита экрана не требуется.

2.3.5.2Расчет вытяжного зонта

Одним из опасных и вредных факторов является использование эпоксидных связующих и различных растворителей при выполнении экспериментальной части диплома. Для защиты от данного фактора необходимо рассчитать вытяжной зонт для работы.

Вытяжные зонты устанавливаются над оборудованием с устойчивым конвекционным потоком, а также над пылящим и газовыделяющим оборудованием. С поверхности источника вредных выделений, имеющего температуру выше температуры атмосферы лаборатории, поднимается конвекционный поток, обусловленный разностью плотностей нагретых и холодных паров или газов. Эти потоки захватывают частицы пыли, пары и образующиеся газы и уносят их вверх от нагретой поверхности.

На рисунке показана схема зонта для улавливания вредных выделений. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от количества удаляемого воздуха L и скорости w отсасывания смеси газов и тонкодисперсной пыли, а также от расстояния между зонтом и теплогазопылевыделяющей поверхности h и угла раскрытия зонта α.

1 - источник вредных выделений, 2 - бетонное основание, 3- зонт Рисунок - Схема вытяжного зонта

Исходные данные для расчета:

- размеры источника выделений a=2 м, b=1,5 м;

- температура поверхности источника t_п=23 °С;

- температура окружающего источника воздуха t_о=500 °С;

- выделяющееся вредное вещество: ксилол;

- коэффициент полезного действия (КПД) вентилятора η_в=0,75, КПД передачи η_п=0,95.

Для расчета расхода воздуха L и скорости воздуха ω, необходимые для ассимиляции теплоты, нужно рассчитать геометрические параметры вытяжного зонта.

Для этого определяется расстояние Z от полюса тепловой струи до устья (плоскости приемного сечения) зонта. Полюс струи находится на ее оси, ниже поверхности источника тепловыделений, на расстоянии двух диаметров источника 2d_э (d_э=2·a·b/(a+b)=1,71). Расстояние Z определяется как Z=h+2d_э, где h - расстояние от поверхности тепловыделений до устья зонта, выбирается из соотношения по формуле:

1,5 м <h<2d_э ()

h=1.70 м

Z=5,13 м

Определить диаметр d_z сечения теплового факела на удалении Z от полюса тепловой струи по формуле:

d_z=0,45·Z^0,88 ()

d_z=1,90

Определить площадь зеркала зонта F_зонт по формуле:

F_зонт=0,25·π·d_z² ()

F_зонт=3,60

Определить эквивалентный радиус зеркала зонта по формуле:

r_з=d_z/√π ()

r_з=1,07

Радиус сечения r=0,5·d_э=0,86.

Определить площадь расчётного сечения зонта F_р, которая равна площади боковой поверхности усеченного конуса с радиусом основания r_з и радиуса сечения r:

()

F_p=10,19

Рассчитать коэффициент теплопередачи конвекции α_к, Вт/м²·К:

()

α_к=15,19

Площадь источника вредных выделений F для прямоугольного сечения

F=a·b ()

F=3,00

Рассчитать конвективный тепловой поток струи:

Q= α_к·(t_n – t_b)·F ()

Q=21291,08

Определить осевую скорость восходящей тепловой струи V_z, на расстоянии Z от полюса по формуле:

()

V_z=0,89

Зависимость коэффициента п от угла раскрытия зонта а представлены на рисунке

Рисунок - Зависимость коэффициента п от угла раскрытия зонта

При α = 60 коэффициент η = 1. При максимальном угле раскрытия зонта α = 120 - минимальная металлоемкость зонта, но V_c - мала. Пусть α = 60 и коэффициент η = 1.

Средняя скорость в плоскости приёмного сечения зонта V_c зависит от скорости V_z и угла раскрытия зонта α:

V_c= V_z/η ()

V_c=0,89

Определить по рисунку минимально допустимую скорость движения воздуха в расчётном сечении зонта ω_g для вредного вещества, при которой в воздухе помещения концентрация вредного вещества не превышает ПДК.

Рисунок - Зависимость ω_g, от ПДК вредного вещества

Скорость движения воздуха в расчетном сечении зонта:

ω= Vc·F_зонт/ F_р ()

ω=0,31

Так как расчетная скорость меньше минимально допустимой скорости движения воздуха в расчётном сечении зонта ω_g, то будет добавлено укрытие зонта с двух сторон, тогда будет равно: ω=0,61.

Определив расход воздуха L=V_c·F_зонт и давление H=(1,9-2)·L², развиваемое вентилятором, найдем потребляемую электродвигателем мощность вентилятора:

N=10³H·L/(η_вη_n) ()

N=8,90

Получены расчетные параметры для вытяжного зонта, позволяющие полностью нейтрализовать вредное влияние эпихлоргидрина и растворителей.

Дата добавления: 2015-08-13