Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Радиация - 1 (БЖ).

       Один из моих друзей Алексей pryanik счел, что в моем курсе лекций "Безопасность жизнедеятельности" (оглавление - здесь) есть немало "вкусных" вещей. И предложил мне "выложить потихоньку весь текст под уже заведённым у меня тегом "Проблемы безопасности".
       Идя навстречу пожеланиям трудящегося начинаю делать это. Хоть и не в полном объеме. Этот пост и следующий за ним - о типах радиации, связанных с нею опасностях и радиофобии.



                                                       Глава 2. Радиационная опасность.

    2.1. Радиация. Ее виды и источники. Радиация (по русски – излучение) как понятие включает в себя несколько типов явлений. Их можно классифицировать следующим образом: электромагнитное излучение (гамма-радиация), распады ядер атомов через слабое взаимодействие (бета-радиация) и распады ядер атомов через сильное взаимодействие (альфа-радиация). Детально на физике этих типов радиации мы останавливаться не будем. Но качественное (буквально – на пальцах) описание дадим. А в основном уделим внимание опасностям и рискам, связанным с различными проявлениями радиации.
    2.2. Электромагнитное излучение (гамма радиация). Опыты по электричеству и магнетизму, интенсивно проводившиеся в 18-м и первой половине 19-го века, очень многие пытались обобщить, построив соответствующую теорию электромагнетизма. Впервые полноценно это удалось сделать Максвеллу (1860). Получившие его имя и полностью описывающие электромагнитные явления уравнения можно схематично представить в виде:
                                      E <= 
ρ + H^,      H <= j + E^,

где ЕН - полные электрическое и магнитное поля соответственно, Е^H^ - изменяющиеся во времени их вихревые части, ρ- пространственные плотности электрического заряда и электрического тока соответственно, а значок <= следует читать как "генерирует" или "создает".

    Поэтому первое "уравнение" говорит о том, что электрическое поле генерируют электрические заряды и переменное во времени магнитное поле. А второе "уравнение" говорит о том, что магнитных зарядов в природе не существует и магнитное поле генерируется электрическими токами и переменным во времени электрическим полем. 

      Уравнения Максвелла, как сразу же стало ясно, не только не противоречили ни одному опытному факту, но и предсказывали совершенно новое явление – свободные электромагнитные волны. Действительно, если из этих уравнений вычеркнуть электрические заряды и токи, то легко увидеть, что отличные от нуля их решения существуют. Простейшее из таких решений имеет вид плоской электромагнитной волны (рис. 1). В которой электрическое и магнитное поля колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, а сама волна распространяется в направлении, перпендикулярном векторам этих полей.

Рис. 1. Плоская электромагнитная волна.

 

    Электромагнитные волны, электромагнитная радиация, гамма-излучение – и есть по сути разные наименования одного и того же явления. В теории электромагнитные волны были "открыты" сразу после обнародования уравнений Максвелла. Но в эксперименте они были обнаружены на 20 лет позже. Сделал это Герц, именем которого была названа единица измерения частоты колебаний. А осознанное практическое применение электромагнитных волн началось с момента изобретения радио.

    Свойства электромагнитной радиации существенно зависят от длины ее волны λ и частоты излучения (частоты колебаний полей в волне) v , которые связаны простым соотношением:

                                                                                λ = с / v ,

где с - скорость света (в вакууме с = 300000 км/сек).
 Рассмотрим последовательно электромагнитную радиацию в разных диапазонах длин волн.

       а) Электромагнитное поле от электрических сетей переменного тока. Радиация от сетей переменного тока в 50 герц низкого напряжения (сотни вольт) в практическом смысле опасности не представляет. Во-первых потому, что основная ее энергия сосредоточена в очень узкой окрестности токонесущего провода. И буквально тонкая (в доли миллиметра) пластиковая изоляция токонесущего провода полностью предохраняет нас от воздействия этой радиации.

      Во-вторых потому, что частота этого излучения многократно больше характерных частот, протекающих в человеческом организме процессов. Действительно, частота колебаний сердца у человека лежит в пределах 1-2 герц (при интенсивных физических нагрузках доходит до 3-4 герц). Частоты всех других биоритмов в организме человека не превышают десятка герц. И поэтому никаких резонансных эффектов от воздействия радиации с частотой в 50 герц в теле человека возникнуть не может.

         В качестве контрпримера можно упомянуть инфразвуки – колебания воздуха с частотами в единицы герц и не слышимые человеческим ухом (человек не слышит звуки с частотами меньше 16-20 герц). Слабые инфразвуки человек практически никак не воспринимает. Но опытом уже установлено, что сильные инфразвуки довольно негативно воздействуют на человека. Выражается это часто в форме развития депрессии, подавленного настроения и т. п..

     Причины достаточно очевидны – частоты инфразвуковых колебаний находятся в области частот внутренних биоритмов человека. И неизбежно возникающие в этом случае резонансы выводят внутренние процессы в организме человека из равновесия. По этой же причине мачты достаточно мощных ветроэлектростанций не рекомендуют ставить вблизи жилья (частоты замещения очередной лопастью местоположения предыдущей у них – порядка нескольких герц).

    Если же речь идет о сетях высокого напряжения (десятки и сотни киловольт), то генерируемые ими электромагнитные поля вблизи токонесущих проводов могут представлять опасность для человека. Для существенного снижения уровня этой опасности токонесущие провода таких линий располагают достаточно высоко над землей.

      Гораздо большую опасность представляет прямой контакт человека с токонесущим проводом или контакт с ним же через хорошо проводящую среду. Но об этих случаях – в другой лекции.

      б) Длинные и средние радиоволны (длины волн – километры и сотни метров, частоты => сотни килогерц), а также короткие и УК радиоволны (длины волн от сантиметров до десятков метров, частоты => мегагерцы, десятки, сотни и тысячи мегагерц). Основной их источник – радиопередатчики, телепередатчики, станции сотовой связи и т. п..

    Излучение длинных, средних, коротких и УК волн, генерируемых в основном созданными человеком приборами (радио и телевизионными передатчиками), тоже не представляет практической опасности для человека. Исключение представляет малая пространственная окрестность передающих антенн, где мощность излучения достаточно велика. Поэтому находиться долго вблизи таких антенн (излучателей) не рекомендуется. В частности, рядом со зданием нашего телецентра вы не всегда сможете открыть-закрыть автомобиль брелком с сигнализацией, работающей примерно в том же диапазоне, что ТВ-передатчики. Ибо амплитуда импульса сигнала от брелка не сильно отличается от амплитуды излучения ТВ-передатчика в этом месте.

     Надо сказать, что наблюдаемая интенсивность радиоволн, излучаемых не созданными человеком приборами, чрезвычайно мала. Настолько, что во всех используемых человечеством радиодиапазонах Земля уже к концу прошлого века была в миллионы раз ярче Солнца. Поэтому некоторые исследователи предлагали даже искать внеземные цивилизации именно в используемых нами радиодиапазонах. Но понастроить на все диапазоны радиотелескопов никаких денег никогда не хватит.

       Интересно также, что имеющаяся почти в каждой квартире микроволновка работает на частоте примерно 2,5 ГГц (длина волны примерно 10 см), а сотовые телефоны в рамках системы 3G – на очень близких частотах в 0,5–1,8 ГГц. Уровень опасностей – очевидно разный. Ибо различие – как в весьма существенно разной мощности излучателей (у сотовых телефонов - микроватты, в микроволновке - сотни ватт), так и в соответствующей экранировке излучения в СВЧ-печках.

       в) Инфракрасное излучение (длины волн порядка одной десятитысячной доли сантиметра), солнечный свет и видимое глазами излучение (узкий диапазон между инфракрасным и ультрафиолетовым), ультрафиолетовое излучение (длины волн порядка одной стотысячной доли сантиметра). Основные источники – Солнце и нагретые до многих сотен и тысяч градусов тела (тепловое излучение), а также излучение при квантовых переходах электронов во внешних электронных оболочках атомов и молекул с одного энергетического уровня на другой. В том числе – в созданных человеком приборах, например, в лазерах.

    Излучение в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного (включая видимый свет) при интенсивностях, обеспечиваемых основным его источником – Солнцем, серьезной опасности для человека тоже не представляет. Но в основном – благодаря защитным функциям атмосферы Земли. Если же его интенсивность на единицу площади хотя бы только в разы больше естественной, то опасность становится очень серьезной. Примеры: ожоги кожи и поджигание бумаги от сфокусированного через простую линзу солнечного света, потеря зрения от рассматривания Солнца даже через полевой бинокль, прожигание настольным лазером металлической монеты, смертельные ожоги в доли секунды от близкого взрыва атомной бомбы и т. д..

      г) Рентгеновское излучение (длины волн от ультрафиолетового диапазона до размера атома = одной стомиллионной доли сантиметра). Основной природный источник – излучение фотонов при квантовых переходах электронов во внутренних электронных оболочках атомов с одного уровня на другой. В медицинских аппаратах используется тормозное рентгеновское излучение, возникающее при торможении веществом анода разогнанных в электрическом поле между катодом и анодом электронов.

       Рентгеновское излучение гораздо более проникающее, чем все описанные выше. Причина его повышенной проникающей способности состоит в том, что оно почти не взаимодействует с внешними электронными оболочками атомов. Которые и определяют течение биохимических процессов в живых организмах. Поэтому при используемых в медицине интенсивностях такого излучения и не слишком частого его применения к конкретному человеку, особой опасности для его здоровья оно не представляет.

     Следует, однако, иметь ввиду, что взаимодействие низкоэнергичных рентгеновских квантов с несущими наследственные признаки любого организма молекулами может приводить к изменению их структуры и, следовательно, к мутациям. Которые к прямой потере здоровья при малых интенсивностях излучения не приводят, но могут сказаться на здоровье и качественных характеристиках потомства.

       д) Гамма излучение (длины волн от размера атома до размера атомного ядра, которое примерно в сто тысяч раз меньше размера атома). Основной природный источник – излучение фотонов при квантовых переходах протонов и нейтронов внутри атомного ядра с одного энергетического уровня на другой. Дополнительные – тормозное излучение (о нем говорилось выше) и космические лучи (о них – в другой лекции). О гамма – излучении можно практически сказать то же самое, что и о рентгеновском.

       Выше при описании электромагнитной радиации мы применяли два понятия – волны и кванты (фотоны). На самом деле это нечто единое. Любой квант – это волновой цуг, состоящий из модулированной по амплитуде волны электромагнитного поля. И длина такого цуга превышает длину волны, как минимум, в разы и десятки раз. Поэтому когда мы говорим о средних и длинных радиоволнах, длина цуга которых – километры и десятки километров, естественно говорить о волнах. А когда обсуждаем рентгеновское и гамма излучение, длина цуга в котором неразличима даже в микроскопы с наивысшей разрешающей способностью, естественно говорить о частицах – квантах (фотонах).

     Заметим также, что энергия Е кванта электромагнитного излучения пропорциональна частоте кванта:
                                                                         Е =
h * v,
где
h – некая постоянная (Планка), v – частота излучения. Иными словами – чем короче длина волны электромагнитной радиации (чем выше ее частота), тем энергичнее представляющие ее кванты.



     Продолжение следует.
UPD:
Полностью весь курс можно прочитать по ссылке: 
http://www.infomod.ru/files/BJ.pdf.


Tags: Проблемы безопасности
Subscribe
promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments