Охрана биосферы от ионизирующего излучения

 

Пример 1.  Определить активность ¹³⁷Cs через сутки после выброса 20 г вещества. Период полураспада изотопа 30 мин.

Решение.  Активность изотопа определяют по (1.68):

Бк.

Через сутки масса изотопа цезия будет

.

кг.

Активность равна

 

Бк

Пример 2.  Рассчитать активность изотопов при выбросе 1кг калия ⁴⁵К через год после выброса. Периоды полураспада изотопов калия и кальция соответственно равны 20мин и 163сут.

Решение.  Формальная схема радиоактивного распада:

 

Константа скорости реакций равна:

 

;

 

Количество изотопов калия и кальция через 1год после выброса (учитывая, что k₁>>k₂) определяем по (1.71):

 

 

Т.е. через год все ядра изотопа калия распались.

Число появившихся ядер рассчитывают по (1.69):

         Активность изотопа кальция (формула 1.68):

 

Задачи  к выполнению индивидуального задания

 

Задача 1.  Определить активность изотопа ¹³⁷Cs при выбросе 0,5кг вещества. Период полураспада 29,9мин. Найти активность через 15сут после выброса.

Задача 2.  Определить НДС изотопа ¹³¹Cs в реку. Период полураспада изотопа 9,69сут. Расход стока равен 0,5м³/с, разбавление воды в реке – 10. Фоновая концентрация цезия равна 0, ПДК цезия в воде составляет 34000 Бк/л.

Задача 3. Рассчитать активность изотопов при выбросе 10кг ⁴⁵К через 5лет после выброса. Периоды полураспада изотопов калия и кальция соответственно 20мин и 163 сут.

Задача 4.  Какую дозу излучения можно получить, если находиться на расстоянии 1м от источника излучения в течение 5мин. Энергия излучения 0,1МэВ/распад, активность 10¹²Бк. Считать, что площадь тела человека составляет 0,34м².

Задача 5.  Определить удельную активность ²²²Ra через неделю после выброса. Выброс производится через организованный источник. Мощность выброса составляет 2г/с, высота источника 10м, диаметр устья источника 0,5м, расход газовоздушной смеси 1,5м³/с, разность между температурой смеси и температурой воздуха 100⁰С, коэффициент оседания вещества 1, коэффициент учета рельефа местности 1, коэффициент температурной стратификации атмосферы 180. период полураспада изотопа 3,8сут.

Задача 6. Определить ПДВ ²²²Ra через организованный источник. Высота источника 15 м, расход газовоздушной смеси 5 м³/с, разность между температурой смеси и температурой воздуха 25°С, коэффициент оседания вещества 1, коэффициент учета рельефа местности 1, коэффициент температурной стратификации атмосферы 180, диаметр устья источника 1м, фоновая концентрация равна 0, ПДК для загрязняющего вещества составляет 240Бк/м³.

Задача 7.  В водохранилище сбрасывается сток, содержащий ¹³¹Cs с периодом полураспада 10сут. Рассчитать НДС, если средняя глубина водоема 4м, расстояние от места сброса до контрольной точки отбора проб воды 100м, расход стока 10м³/ч, фоновая концентрация равна 0, ПДК для загрязняющего вещества составляет 34000 Бк/л.

Задача 8.  Рассчитать активность изотопов при выбросе 50 г ¹³⁷Сs через 20сут после выброса. Периоды полураспада изотопов цезия, ксенона, йода соответственно 30мин, 6ч и 36сут.

Задача 9. Определить недельную дозу облучения, получаемую человеком при ежедневном нахождении вблизи источника радиоактивного излучения в течение 2с. Считать, что поглощается 20% всей энергии излучения, масса человека равна 70кг, период полураспада вещества 3дня, удельная энергия излучения 0,2МэВ/распад, активность составляет 100000Бк.

Задача 10. Найти период полураспада ⁴⁵К массой 100 г. Активность изотопа составляет 537 Ku.

Задача 11. В раствор хлористого трития с массовой долей 15 % поместили цинковый шарик массой 20 г. После того, как диаметр шарика стал вдвое меньше, массовая доля хлористого трития стала 10 %. Найти активность исходного раствора, если период полураспада трития равен 12,43 года.

Задание 12. Рассчитать активность изотопов при выбросе 300 г изотопа калия (⁴⁵К) через 3 суток после выброса. Периоды полураспада изотопов калия и кальция соответственно равны 10 мин и 150сут.

Задание 13. Какую эквивалентную дозу излучения можно получить, если находиться на расстоянии 1м от источника излучения в течение 5мин. Энергия излучения 0,1МэВ/распад, активность 10¹²Бк. Считать, что площадь тела человека составляет 0,34м², масса 70 кг, взвешивающий коэффициент равен 3.

Задание 14. Вывести общую формулу для расчета активности радионуклидов при последовательном распаде изотопов по схеме:

 

                             

Все изотопы радиоактивны с периодами полураспадов Т₁, Т₂, Т₃. Масса выброса изотопа А равна М кг.

Задание 15. От естественного излучения человек получает 2,4 мЗв в год. Определить время, за которое человек может «набрать» до годовой допустимой нормы:

А) при полете на самолете на высоте 10 км; Б) у цветного телевизора.

Примечания: 1)считается, что для здоровья людей может быть вредна эквивалентная эффективная доза свыше 350 мЗв (35бэр) за среднюю продолжительность жизни, т.е. за 70 лет; 2) известно, что на высоте 10-12 км мощность облучения составляет 5 мкЗв/час, а у цветного телевизора 0,4-0,5 мкЗв/час.

Весовые коэффициенты W_Т для различных органов и тканей раны: красный костный мозг -0,20; гонады- 0,20; лёгкие, желудок, кишечник -0,12; печень, грудная железа, щитовидная железа – 0,05; кожа, кости, конечности -0,01.

Задание 16. Эффективная удельная активность строительных материалов, содержащих йод-131, равна 0,2 мКю/кг. Через какое время эти материалы можно будет использовать в строительстве бытовых зданий, если период полураспада радиоактивного йода равен 8 суток, а допустимая активность равна 370 Бк/кг?

2.5. Исследование показателей  рисков

Пример 1. Рассчитать индивидуальный и коллективный риски угрозы здоровью для следующих условий. Содержание диоксинов в питьевой воде равно 10ПДК этих веществ в воде, ПДК составляет 2·10^–8 мг/л. Время потребления такой воды группой в 10³ человек – 5 лет. Средняя частота потребления – 300 дней в году. Фактор риска при поступлении диоксинов с водой равен 1,6·10⁵ [мг/(кг·сут)]^–1.

С = 10ПДК = 2·10^–7 мг/л;

v = 2 л/сут;

f = 300 сут/год;

F _r = 1,6·10⁵ [мг/(кг·сут)]^–1;

Т_р = 5 лет;

N = 10³ чел;

Р =70 кг;

Т = 70 лет.

Решение:

Среднесуточное поступление диоксинов с питьевой водой на 1 кг массы тела человека:

         

Индивидуальный канцерогенный риск:

 

r = m · F _r = 3,4·10^–10(мг/кг·сут)× 1,6·10⁵((мг/кг·сут)^–1) = 5,4·10^–5.

 

Если привести к одному году, то индивидуальный риск будет равен 5,4·10^–5 : 5 = 1,1·10^–5. Это значение ниже уровня допустимого риска, который считается равным 1·10^–4 чел^–1·год^–1.

Коллективный риск R = r · N, для условий данной задачи

R = 5,4·10^–5 чел^–1× 10³ чел = 0,054 << 1.

Таким образом, в рассматриваемом случае можно ожидать, что в течение 5 лет не будет наблюдаться ни одного дополнительного случая появления онкологического заболевания.

Пример 2. За три года из населения РФ утонуло около 21000 человек. Рассчитать величину коллективного риска от утопления для семьи из пяти человек, если принять число жителей РФ 120 млн. человек. По условию все жители России предположительно сгруппированы в коллективы по 5 человек для совместного купания. Следовательно, число событий, при которых могло произойти утопление равно

120·106/5 = 24·10⁶ (событий).

При количестве утонувших за год 21000 величина коллективного риска составит

21·103/24·106 = 1·10^-3 (в год).

Субъективность в оценке риска подтверждает правомерность существования такого понятия, как “приемлемый риск”. Сущность приемлемого риска в том, что общество в данный период времени считает недостижимой абсолютную безопасность какой-либо деятельности по экономическим, социальным, политическим или другим соображениям. Прежде всего, это относится к экономическим возможностям повышения безопасности технических систем..

Любое производство связано с определенными рисками - финансовыми, экологическими, политическими, транспортными, имущественными, инфляционными, риском ликвидности, упущенной выгоды, снижения  доходности, прямых финансовых потерь и т.д. Поэтому для любого предприятия, зная степень риска каждого вида деятельности, в равной мере важно управлять наиболее значимыми из них. Однако, следует помнить, что управление риском достигается за счёт расхода ресурсов (людских, финансовых, времени и т.д.), которые отвлекаются из производственной сферы.

 

Задачи  к выполнению индивидуального задания

Задача 1. Рассчитать индивидуальный риск, обусловленный комбинированным действием двух канцерогенов, содержащихся в питьевой воде. В воде находится винилхлорид с концентрацией равной 0,3 мг/л, его фактор риска при поступлении с водой составляет 1,9 [мг/(кг·сут)]^–1, и мышьяк с концентрацией, равной его ПДК в питьевой воде (0,05 мг/л). Фактор риска при поступлении мышьяка с водой равен 1,75 [мг/(кг·сут)]^–1. Такая вода потребляется в течение 3 лет, причем в течение каждого года она потребляется в среднем в течение 300 дней.

Винилхлорид:

С ₁ = 0,3 мг/л;

F _r(1) = 1,9 [мг/(кг·сут)]^–1;

Мышьяк:

С ₂ = 0,05 мг/л;

F _r(2) = 1,75 [мг/(кг·сут)]^–1;

f = 300 сут/год;

Т_р = 3 года;

v = 2 л/сут;

Р =70 кг;

Т = 70 лет.

Задача 2. Рассчитать индивидуальный риск, обусловленный комби­нированным действием двух канцерогенов, содержащихся в питьевой воде. В воде находится винилхлорид с концентрацией, равной 0.3 мг/л (его фактор риска при поступлении с водой со­ставляет 1,9 (мг/кг·сут)-¹), и мышьяк с концентрацией, равной его ПДК в питьевой воде (0,05 мг/л). Фактор риска при поступ­лении мышьяка с водой равен 1,75 (мг/кг·сут)^-1. Такая вода по­требляется в течение 3 лет, причем в течение каждого года она потребляется в среднем в течение 300 дней.

Винилхлорид:

С1 = 0,3 мг/л,

Fr(1) =1,9 (мг/кг·сут)^-1,

Мышьяк:

С2 = 0,05 мг/л,

fr(2) = 1,75 (мг/кг·сут)^-1,

f = 300 сут/год,

Tр = 3 года,

v = 2 л/сут,

Р = 70 кг,

Т= 70 лет.

Задача 3. Рассчитать риск в виде количества дополнительных случа­ев онкологических заболеваний среди жителей поселка с насе­лением в 10 тыс. человек в результате потребления воды с со­держанием канцерогена - трихлорэтилена, равным 25 мкг/л. Та­кая вода потребляется в течение 30 лет, причем в течение каж­дого года она потребляется в среднем в течение 300 дней. Фак­тор риска в данном случае равен 0,4 (мг/кг·сут)^-1.

С = 25 мкг/л = 2,5·10-2 мг/л,

v = 2 л/сут,

f = 300 сут/год,

Тр = 30 лет,

Fr = 0,4 (мг/кг·сут)^-1,

N =104 чел,

Р = 65 кг,

Т = 40 лет.

Задача 4. Найти годовой общий риск гибели человека в ДТП по отношению ко всему населению страны, если n = 4,35 10⁴ чел, а население страны составляет N = 1,45 10⁸ человек.

Задача 5.  За 3 года из населения РФ утонуло около 25.000 человек. Рассчитать величину коллективного риска для семьи из 5 человек, если принять число жителей за 12 млн.чел.

Задача 6. На каждые n = 7,3 млн выкуренных сигарет от рака легких умирает 1 чел. Вычислить продолжительность времени курения 20 сигарет в день чтобы риск смерти человека (не облученного) в результате курения сравнялся с радиационным риском, которому подвергается пожарный (спасатель), облученный при ликвидации радиационной аварии допустимой в соответствии с нормами эффективной дозой Д =55 мЗв.

Задача 7. За три года на складские помещения произведено более 5 тыс. нападений, при этом погибло 3500 человек, несущих охрану. Найти величину коллективного риска смены ВОХР из 12 человек, выходящих ежесуточно на охрану складских помещений.

Задача 8. Индивидуальный риск летального исхода при пролете 650 км на воздушном транспорте составляет 6·10-4 в год. Спрогнозировать число погибших за полгода на самолетах авиалиний, если объем их перевозок составляет 50 млн. пассажирокилометров в месяц.

Задача 10. Оценить риск гибели человека при пожаре при следующих условиях: вероятность Р = 5 10^-5 год^-1, работа осуществляется в 1 смену, вероятность эвакуации Р_э= 0,98.

Задача 11. Риск оператора, работающего с дисплеем, составляет 1·10-5 в год. Какой средний риск ожидает оператора, если время пребывания его на рабочем месте составляет 20% от общего?

Задача 12. Спрогнозировать число погибших от пожаров за год, если известно, что величина индивидуального риска гибели от пожара для работников таких предприятий составляет 4·10^-4 в год. Общее количество реализаторов принять 10 тыс. человек.

Задача 13. Оператор ЭВМ в процессе работы подвергается нескольким видам опасности: риск летального исхода от электромагнитного излучения составляет 1·10^-10 в год, от пожара 2·10^-5 в год, от обрушения здания 3·10-9 в год. Определить общий риск ноксосферы оператора и число летальных исходов в год среди 100 тыс. операторов ЭВМ.

Задача 14. Рассчитать величину индивидуального риска от несчастного случая в офисе, если за последние 5 лет их произошло 50 тыс. Среднегодовое число служащих за этот период составляло 70 млн. человек.

Задача 15. Выкуривание 0,7 сигареты соответствует индивидуальному риску летального исхода 1·10-6 в год. Рассчитать число погибших курильщиков для населения миллионного города, среди которого 20% людей ежедневно в среднем выкуривают по 10 сигарет.

Задача 16. На предприятии работает 200 человек, 5 из которых получили травмы в результате несчастных случаев за год. Определить показатель травматизма, если общее число дней нетрудоспособности 20 и оценить риск получения травмы.