яя я яяя я яяя я я яяя я ввввв яяяя ввввв яяяяя в ввя 29 страница

1 +

<101g

2m cdSj n

Эта эффективность будет большой на низких частотах, а в диапа­зоне относительно высоких частот е -> 0.

При экранировании магнитного поля необходимо учитывать осо­бенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для маг­нитных металлов (сталь, пермаллой, феррит) Zi/Z^H\> Z\/Zi, а для не­магнитных металлов (медь, алюминий, свинец) г \/zi > Zi/Z\. Тогда для защитных устройств из магнитных металлов эффективность эк-

1 \х₂ h

ранирования е «20 lg

1+-

Она не зависит от частоты.

2т jlXj п

Для защитных устройств из немагнитных металлов е «10 lg [1 + т

+ —ы\х_х<з₂гМ\ Эта эффективность зависит от частоты и при частоте

со ^ 0 тоже стремится к нулю.

В области относительно высоких частот (10⁴ </, Гц < 10⁹) эффек­тивность экранирования удобно определять* по формуле

е = +20 lg
1

4 у coju₂

Из соотношения импедансов следует, что амплитудные коэффи­циенты [формула (11.75)] для плоского Т_П9 цилиндрического Гц и сфе-

Рис. 11.59. Колебательный характер эффективности экранирования ЭМП в диа­пазоне СВЧ: а — электрическое поле; б— магнитное поле; А, = 0,01 мм; h₂ = 0,001 мм; г=5 мм

рического Г_с экранов при Zi > Z2 имеют приблизительно следующее соотношение: Г_п: Г_ц: Г_с = 1:2:3. Это соотношение справедливо для экранов, изготовленных из одинакового материала и имеющих равную толщину стенок, причем расстояние между параллельными пластинами плоского экрана равно диаметру сферического или ци­линдрического экранов (/= 2гили 2р). Таким образом, если эффек­тивность экранирования плоским экраном принять за исходное зна­чение е_п = 201g |1/Г_п |, то эффективность экранирования цилиндром е_ц = 201g |1 /Гц = 201g| 1/2Г_п| = е_п- 201g2 «е_п - 6 дБ, а эффективность экранирования сферой е_с = е_п — 9,5 дБ. При экранировании магнит­ного поля магнитными материалами (z₂ > zi) соотношение амплитуд­ных коэффициентов передачи будет иметь обратную закономерность Г_п: Гц: Г_с = 1: 1/2: 1/3. На практике полученными соотношениями пользуются при определении, например, эффективности цилиндри­ческого экрана по формулам плоского.

В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (f> 10⁹... 10^ю Гц), длина волны x соизмерима с диаметром экрана d, т. е. X > d, и эффективность экранирования но­сит колебательный характер (рис. 11.59). В этой области импеданс Zi при экранировании магнитного и электрического полей цилиндри­ческим экраном следует определять по формулам:

z? = z^ehjnk_xр/, (к_хр)н_х (к_{ р),| (11.114)

_zl^e =z^ehjnk_lpjl(k_lp)hl(k_lp),\

где J_n(u) и Н_п{и) — функции Бесселя[15] соответственно первого и третьего рода, порядка п (штрихом отмечены производные). С учетом соотношений (11.94) эффективность экранирования рассчитывают по формуле (11.92), при этом надо иметь в виду, что во многих случаях можно принять Z\/z₂ «1 и пренебречь этим слагаемым.

При наличии в экране для радиоэлектронной аппаратуры отвер­стий или щелей, возникающих вследствие несовершенства его конст­рукции и технологии изготовления, среднюю эффективность экра­нирования можно определить по эмпирической формуле

e = 101g
л/2_Zl
+>4+8,6861?.

(11.115)

н Zx

где импеданс z_x ⁼ Z_{ при экранировании электрического поля; z_x при экранировании магнитного поля; импеданс \z₂\=\^j^2 /^а2 \

слагаемые А и множитель В = 2nh/l учитывают негерметичность эк­рана

А= 201g

г ~ V/³ 2 я

_кк_хп
(1-0,5 tl)⁶

где п - 0,62 И^/3 — эквивалентный радиус экрана любой геометриче­ской формы (V— внутренний объем экрана); / — наибольший размер отверстия (щели) в экране; к_х = со ^/ji₀e₀ • Формула (11.115) примени­ма в диапазоне частот, пока к_{1 <2, / > 0.

Для защиты от ЭМП обычно применяют металлические листы, которые обеспечивают быстрое затухание поля в материале. Однако во многих случаях экономически выгодно вместо металлического эк­рана использовать проволочные сетки, фольговые и радиопоглощаю- щие материалы, сотовые решетки.

Эффективность экранирования электрического поля при исполь­зовании проволочных сеток

е = lOlg \z^E/z | + >4 + 8,686С.

Здесь слагаемое А означает то же, что в выражении (11.115) (kj < 2), а множитель С и величину z при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по формулам: С= nd/(s — d), Z = 1 /а₂Л*, где эквивалентная толщина сетки Л* = nc?/4s.

В сортамент фольговых материалов толщиной 0,01...0,05 мм входят в основном диамагнитные материалы — алюминий, латунь, цинк. Расчет эффективности экранирования фольговых материалов произ­водится по формулам для тонких материалов. При негерметичности эффективность экранирования электрического поля

е= lOlg + Л+ 11,9,

где z⁼ 1/сгй.

Радиопоглощающие материалы изготовляют в виде эластичных и жестких пенопластов, тонких листов, рыхлой сыпучей массы или за­ливочных компаундов. В табл. 11.26 приведены характеристики неко­торых радиопоглощающих материалов. В последнее время все боль­шее распространение получают керамикометаллические компози­ции.

Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к шири­не ячейки.

Таблица 11.26. Основные характеристики радиопоглощающих материалов

Марка поглотителя и материал, лежа­щий в его основе	Диапазон рабочих волн, см	Отражающая мощность, %	Размер пла­стины, м • 10~^3	Масса 1 м^2материала, кг	Толщина материала, мм
СВЧ-068, фер­	15...200		100 х 100	18...20
рит
«Луч», древес­	15...150	1...3	600 х 1000	—	—
ное волокно
В2Ф2, резина	0,8...4		345 х 345	4...5	11...14
В2ФЗ: ВКФ1	0,8...4		345 х 345	4...5	(включая
					высоту
					шипа)
«Болото», по­	0,8...100	1...2	—	—	—
ролон

Ориентировочно эффективность

е «27///_м + 20 lg л,

б

а

Рис. 11.60. Схема воздействия на роговицу глаза лазерного излучения: а — прямое облучение; б — диффузное излучение

где / и /_м — глубина и максимальный поперечный размер ячейки со­товой решетки; п — число ячеек.

Ослабление лазерного излучения светофильтрами. Если при пря­мом лазерном облучении невооруженного глаза (рис. 11.60) на по­верхность роговицы площадью пг* приходится энергия г, то энерге­тическая экспозиция Н= г/nrK. Как видно из рис. 11.60, а, расстоя­ние до расчетной точки ввиду малости угла у R= (г* — г)/у. Поэтому опасное расстояние

rJ 1/у,

где Н* — допустимое нормами значение Н для роговицы глаза.

При облучении диффузным излучением, отраженным от площад­ки, которая характеризуется углом 0 (рис. 11.60, б) и коэффициентом отражения, опасное расстояние

R = tJps cos 0 / кН*.

При использовании для защиты светофильтра толщиной h коэф­фициент передачи через светофильтр т = е~^ън = 10~⁵\ где 8' и 8 = 8' In 10 — соответственно натуральный и десятичный показатели ослабления. В общем случае показатель ослабления светофильтра за­висит от толщины h и спектра излучения. Поэтому при расчете ослаб­ления пользуются оптической плотностью светофильтра D = lgl/x. Она связана с эффективностью защиты соотношением е = lOlg/^ = = lOlgl/т = 10D. Оптическую плотность D рассчитывают в зависимо­сти от характеристик излучения.

11.3.4. Защита от ионизирующих излучений

Если в момент времени t число нераспавшихся атомов радиоак­тивного источника N= N(t), то за интервал времени dt распадается dN атомов и активность радионуклида [16] А = -N, а постоянная распада со = A/N. Отсюда следует

A(t)= N(t) со = N₀(oe~^&t = А₀е~^ш. (11.116)

Так как масса одного атома равна а/п (где а — атомная масса, а п = 6,022 • 10²³ — число Авогадро), то #атомов имеют массу М= Na/n и, следовательно, активность источника массой М равна

А = со Мп/а.

Из выражения (11.116) видно, что постоянная распада со связана с полупериодом распада Т_{/2 (Т_{/2 — время, за которое распадается поло­вина атомов источника: N(t) = N₀/2) соотношением со = In 2/Г_1/2.

Защита от у-излучения. Мощность (поглощенной) дозы у-излуче- ния в воздухе D (аГр/с) пропорциональна активности А (Бк) точечно­го нуклида и обратно пропорциональна квадрату расстояния г (м) от изотропного источника до приемника:

D(t)= ₂ г

ТА«)__Л (11.117)

---:— — U п. С,

где Г — керма-постоянная, (аГр • м²)/(с • Бк). Интегрируя выраже­ние (11.117), можно найти дозу в воздухе за некоторый интервал вре­мени Т:

ГД(1-е-^г)М

[D₀T при соГ«1 (Т_1/2»Т). (11.118)

Рис. 11.61. Схема прохождения излучений сквозь защиту

Формулы (11.117) и (11.118) справедливы для расчета полей излу­чения точечных источников[17] в непоглощающей и нерассеивающей среде. Они позволяют выбрать такие значения А, г, t, при которых бу- дут соблюдаться установленные норма­ми предельно допустимые уровни из­лучения. Если соответствие нормам обеспечить нельзя, то между источни­ком и приемником у-излучения рас­полагают защиту.

При прохождении излучением за­щитной среды приемник регистрирует (рис. 11.61) как непровзаимодейство- вавшие со средой излучение 7, так и од­нократно 2 и многократно Зпровзаимо- действующее и 4рассеянное излучение. Излучение 5...Р не достигает приемни­ка: излучение 56 из-за поглощения в среде, излучение 7, 8из-за направления траектории за защитной средой не на приемник, а излучение 9 — вследствие отражения. В первом приближении расчет защиты можно произвести, учи­тывая только нерассеянное излучение.

Мощность дозы излучения D при установке защитного экрана тол­щиной h (см. рис. 11.61) претерпевает изменение на расстоянии г по экспоненциальному закону:

-8h

D

ID⁺ =ТА/г² при отсутствии защиты, \l)~ = D⁺e

при наличии защиты

где 8 — линейный коэффициент ослабления.

Определяя коэффициент защиты в виде k_w= D⁺ / ZT, находят эф­фективность защиты

е = 10 \%k_w— 4,34SA.

Чтобы учесть рассеянное излучение, мощность поглощенной дозы представляют в виде суммы

D; =ZT+AZT = D(l + AD/D) = DB,

где Z>~ и В — соответственно мощность дозы нерассеянного излуче­ния при наличии защиты и некоторая прибавка к этой мощности,
учитывающая наличие рассеянного излучения; безразмерная вели­чина В= (1 + AD~ /D) называется фактором накопления. Фактор накопления зависит от всех характеристик источника и защитной среды, в том числе от толщины экрана. Его обычно определяют экс­периментально и представляют в виде В = B(dh, г, z), где е и z — соот­ветственно энергия у-квантов и атомный номер защитной среды. В табл. 11.27 приведены значения фактора накопления и линейного ко­эффициента ослабления для некоторых материалов. С учетом рассе­янного излучения коэффициент и эффективность защиты равны:

k_w=D⁺ /D; =t^bh/B(bK Z),

-a

с = 4,34 5h- 10 lfrff (SA, e, z).

В качестве примера вычислим коэффициент и эффективность за­щиты для свинцового экрана толщиной h= 13 см при работе с точеч­ным радионуклидным источником с энергией квантов в 1 МэВ.

Пользуясь табл. 11.27, определяем, что без учета рассеянного из­лучения е = 4,34 • 0,77 • 13,0 = 43,4 дБ (k_w& 2,2 • 10⁴), а с учетом рассе­янного излучения с = 43,4 - 10 lg3,74 = 37,7 дБ(^ «5,9 • 10³).

Таблица 11.27. Фактор накопления и линейный коэффициент ослабления некоторых материалов, используемых при защите от излучений

Материал	s, МэВ	г -1 О, СМ	Дозовый фактор накопления В при 5/г
Вода	0,05	0,20	4,42	22,6	90,9
	0,50	0,10	2,44	12,8	62,9
	1,00	0,07	2,08	7,68	26,1	74,0
	5,00	0,03	1,57	3,16	6,27	11,41
	10,00	0,02	1,37	2,25	3,86	6,38
Алюминий	0,05	0,86	1,70	6,20
	0,50	0,22	2,37	9,47	38,9
	1,00	0,16	2,02	6,57	21,2	58,5
	5,00	0,08	1,48	2,96	6,19	11,9
	10,00	0,06	1,28	2,12	3,96	7,32
Свинец	0,05	82,1	—	—	—	—
	0,50	1,70	1,24	1,69	2,27	2,73
	1,00	0,77	1,37	2,26	3,74	5,86
	5,10	0,48	1,21	2,08	5,55	23,6
	10,00	0,55	1,11	1,58	4,34	39,2

Защита от нейтронного излучения. Пространственное распределе­ние плотности потока (мощности дозы) нейтронов в большинстве случаев можно описать экспериментальной зависимостью ср = ф₀е~^5Л. В расчетах вместо линейного коэффициента ослабления 8 часто ис­пользуют массовый коэффициент ослабления 8* = 8/р, где р — плот­ность защитной среды. Тогда произведение Sh может быть представ­лено в виде bh = 8* • (рК) = Ъ*т*, где т* — поверхностная плотность экрана. С учетом этого

_ф = (11.119)

где Z и Z* — соответственно линейная и массовая длина релаксации нейтронов в среде. На длине релаксации, т. е. при h = L или при т* = Z*, плотность потока (мощность дозы) нейтронов ослабляется в е раз (k_w = е). Некоторые значения т* и Z* для разных защитных сред даны в табл. 11.28.

Таблица 11.28. Длины релаксации нейтронов в среде в зависимости от среды и энергии нейтронов

Среда	s = 4 МэВ		= 14...15 МэВ
/я*, г/см^2	L*, г/см^2		т*, г/см^2	L*, г/см^2
Вода		6,2	5,4		14,2	3,0
Углерод			1,4		32,9	1,3
Железо		59,5	4,9		64,2	2,7
Свинец			4,0			2,9

Так как длина релаксации зависит от толщины защиты, плотность потока (мощность дозы) нейтронов обычно определяют по формуле

-У ДА,- /L;

q> = q>₀e-, (11.120)

где АН_{и п — соответственно толщина /-го слоя защиты, при которой длина релаксации может быть принята постоянной, равной Z„ и чис­ло слоев, на которые разбита защита.

На начальном участке толщиной (2...3)L закон ослабления может отличаться от экспоненциального, что учитывается коэффициентом 6 (см. табл. 11.28), на который умножаются правые части соотноше­ний 11.119 и 11.120.

При проектировании защиты от нейтронного излучения необхо­димо учитывать, что процесс поглощения эффективен для тепловых, медленных и резонансных нейтронов, поэтому быстрые нейтроны должны быть предварительно замедлены. Тяжелые материалы хоро­шо ослабляют быстрые нейтроны. Промежуточные нейтроны эффек­тивнее ослаблять водородсодержащими веществами. Это означает, что следует искать такую комбинацию тяжелых и водородсодержа- щих веществ, которые давали бы наибольшую эффективность (на­пример, используют комбинации Н₂0 + Fe, Н₂0 + РЬ).

Защита от заряженных частиц. Для защиты от а- и р-частиц излу­чения достаточно иметь толщину экрана, удовлетворяющую нера­венству h > R_h где Ri — максимальная длина пробега а (/ = а) или Р (/ = Р) частиц в материале экрана. Длину пробега рассчитывают по эмпирическим формулам. Пробег i^-частиц (см) при энергии 8 = 3...7 МэВ и плотности материала экрана р (г/см³)

_t flO^-4s^3/2ра^1/2 в среде, отличной от воздуха; ^а [0,318s^3/2 в воздухе.

Максимальный пробег р-частиц

2,5г в экране из алюминия; 450s в воздухе.

Обычной слой воздуха в 10 см, тонкая фольга, одежда полностью экранируют а-частицы, а экран из алюминия, плексигласа, стекла толщиной несколько миллиметров полностью экранируют поток Р-частиц. Однако при энергии р-частиц 8 > 2 МэВ существенную роль начинает играть тормозное излучение, которое требует более усиленной защиты.

Контрольные вопросы к главе 11

282. Какие принципы заложены в формирование понятия системы ЧМС?

283. Какие цели достигаются в процессе анализа опасностей?

284. Из каких элементов состоит и как функционирует система управления опасностями?

285. Как классифицируют ЧП?

286. Как на практике рассчитывают вероятность несчастного случая при аварии?

287. Какие основные методы качественного анализа опасностей используют на практике?

288. Чем отличается анализ опасностей с помощью дерева причин от анализа опасностей с помощью дерева последствий?

289. Какими соотношениями описывают систему ЧМС при количественном анализе опасностей?

290. Что представляет собой и как рассчитываются подсистемы ИЛИ-И и

и-или?

291. Какие соотношения используют для определения и расчета риска и как проводят его ранжирование?

292. Назовите область применения Правил устройства и безопасной эксплуа­тации сосудов, работающих под давлением, Госгортехнадзора РФ.

293. Надо ли регистрировать в Госгортехнадзоре сосуд емкостью 20 л с давле­нием 100 МПа?

294. Каковы причины разрушения и разгерметизации систем повышенного давления?

295. Что находится в трубопроводе желтого цвета с красными кольцами?

296. Какое должно быть пробное давление при гидравлических испытаниях литой емкости, работающей под давлением 100 МПа в цехе с нормальным мик­роклиматом?

297. Назовите контрольно-измерительные приборы и средства защиты, при­меняемые при эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

298. Какие вы знаете средства защиты от механического травмирования?

299. Какие помещения относятся к особо опасным по электрической опасности?

300. Зачем предусматривается повторное заземление нулевого проводника в системах зануления электроустановок?

301. Что относится к основным электроизолирующим средствам в электроус­тановках?

302. Какие принципы и методы защиты можно сформулировать на базе обоб­щенного защитного устройства и как оценить ее эффективность?

303. Какими физическими величинами и уровнями при организации защиты характеризуют свободные и диффузные волновые поля?

304. Как рассчитывают коэффициенты отражения и передачи защитных уст­ройств конечной и бесконечной толщины?

305. Назовите методы защиты от вибраций и шума.

306. Назовите методы защиты от электромагнитных полей, как определяется при этом эффективность защиты?

307. Какие методы защиты от ионизирующих излучений и частиц существуют и как определяется при этом эффективность защиты?

308. Как с помощью светофильтров ослабляют лазерное излучение и оцени­вают величину ослабления?

309. Какие материалы применяют при защите от шума и электромагнитных полей?

Глава 12

ЗАЩИТА ОТ ОПАСНОСТЕЙ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ

СИТУАЦИЯХ

12.1. ИСТОЧНИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ МИРНОГО И ВОЕННОГО ВРЕМЕНИ

Чрезвычайно высокие потоки негативных воздействий создают чрезвычайные ситуации (ЧС), которые изменяют комфортное или допустимое состояние среды обитания и переводят жизнедеятель­ность в качественно иное состояние — состояние взаимодействия че­ловека со средой обитания в условиях высокой травмоопасности или гибели. Переход в ЧС принципиально меняет приоритеты задач обес­печения жизнедеятельности: вместо задач, обеспечивающих непре­вышение допустимых уровней негативного воздействия и задач сни­жения риска воздействия опасностей, на первое место выходят зада­чи защиты от чрезвычайно высоких уровней негативного воздейст­вия, ликвидации последствий ЧС, реабилитации пострадавших в ЧС и восстановления повседневной жизнедеятельности.

Чрезвычайные ситуации могут быть классифицированы по зна­чительному числу признаков, по типам и видам событий, лежащих в основе этих ситуаций, по масштабу распространения, по сложности обстановки, тяжести последствий.

Правительство Российской Федерации своим постановлением № 1094 от 13 сентября 1996 г. утвердило положение о классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. ЧС классифицируются в зависимости от количества людей, пострадав­ших в этих ситуациях, или людей, у которых оказались нарушены ус­ловия жизнедеятельности, размеры материального ущерба, а также границы зон распространения поражающих факторов чрезвычайных ситуаций.

Чрезвычайные ситуации подразделяются на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные.

К локальной относится ЧС, в результате которой пострадало не бо­лее 10 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности не более 100 человек, либо материальный ущерб составляет не более 1 тыс. ми­нимальных размеров оплаты труда на день возникновения чрезвычай­ной ситуации и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы территории объекта производственного или социального назначения.

К местной относится ЧС, в результате которой пострадало свыше 10, но не более 50 человек, либо нарушены условия жизнедеятельно- сти свыше 100, но не более 300 человек, либо материальный ущерб со­ставляет свыше 1 тыс., но не более 5 тыс. минимальных размеров оп­латы труда на день возникновения чрезвычайной ситуации и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы населенного пункта, города, района.

К территориальной относится ЧС, в результате которой пострада­ло от 50 до 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности от 300 до 500 человек, либо материальный ущерб составил от 5 тыс. до 0,5 млн минимальных размеров оплаты труда и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы субъекта Российской Федерации.

К региональной и федеральной соответственно относятся ЧС, в результате которой пострадало от 50 до 500 и более человек, либо на­рушены условия жизнедеятельности от 500 до 1000 и свыше человек, либо материальный ущерб составляет от 0,5 до 5 млн и свыше мини­мальных размеров оплаты труда и зона чрезвычайной ситуации охва­тывает территорию двух субъектов РФ или выходит за их пределы.

К трансграничной относится ЧС, поражающие факторы которой выходят за пределы РФ или ЧС, которая произошла за рубежом и за­трагивает территорию РФ.

Источником ЧС техногенного происхождения являются аварии на промышленных объектах. Под промышленным объектом как ис­точником ЧС понимают также объекты транспортные, хозяйствен­ные, административные и другие, если они относятся к категории опасных.

Закон РФ «О промышленной безопасности опасных производст­венных объектов» (1997) вводит понятие опасного производственного объекта. К опасным отнесены объекты, на которых осуществляется использование:

токсичных веществ с уровнем средней смертельной концентра­ции в воздухе менее 0,5 мг/л;

оборудования, работающего с высоким избыточным давлением (АР >0,07 МПа);

взрывчатых и горючих веществ;

веществ, образующих с воздухом взрывоопасные смеси;

оборудования, работающего при больших температурах или при температуре нагрева воды более 115°С и другие объекты.

Вероятность возникновения ЧС на таких объектах необходимо учитывать как при его проектировании, так и на всех стадиях после­дующей эксплуатации.

С целью осуществления контроля за соблюдением мер безопас­ности, оценки достаточности и эффективности мероприятий по пре- дупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на промышлен­ных объектах Правительство Российской Федерации постановлени­ем от 1 июля 1995 г. № 675 «О декларации безопасности промышлен­ного объекта Российской Федерации» ввело для предприятий, учреждений, организаций и других юридических лиц всех форм соб­ственности, имеющих в своем составе производства повышенной опасности, обязательную разработку декларации промышленной без­опасности. Приказом МЧС России и Госгортехнадзора России от 4 апреля 1996 г. № 222/59 введен в действие «Порядок разработки декларации безопасности промышленного объекта Российской Фе­дерации».

Декларация безопасности промышленного объекта является до­кументом, в котором отражены характер и масштабы опасностей на промышленном объекте и выработанные мероприятия по обеспече­нию промышленной безопасности и готовности к действиям в техно­генных чрезвычайных ситуациях. Декларация разрабатывается как для действующих, так и для проектируемых предприятий.

Дата добавления: 2015-08-27