РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ. Тема: Розробити заходи з охорони праці при проведенні рентгенівської дефектоскопії в машинобудуванні

Тема: Розробити заходи з охорони праці при проведенні рентгенівської дефектоскопії в машинобудуванні

4.1. Аналіз шкідливих та небезпечних факторів при експлуатації рентгенівських дефектоскопів

Рентгенівське іонізуюче випромінювання – це електромагнітне випромінювання з довжиною хвиль λ = 10^-5 – 10^-2 нм. В апаратах для рентгенівської дефектоскопії інтенсивним джерелом рентгенівського випромінювання є рентгенівська трубка. Основними небезпечними та шкідливими виробничими факторами при експлуатації таких апаратів є: рентгенівське випромінювання, висока напруга на аноді, висока напруженість статичного електричного поля навколо корпусу рентгенівського апарата, наявність в повітрі озону та оксидів азоту, що утворюються внаслідок радіолізу повітря під впливом рентгенівського випромінювання.

Рентгенівська трубка є джерелом випромінювання тільки в момент подачі на неї високої напруги. Тому в неробочому стані при транспортуванні або збереженні такі апарати не представляють радіаційної небезпеки та не потребують проведення спеціальних заходів захисту.

За способом використання рентгенівські дефектоскопи поділяються на стаціонарні, пересувні та переносні апарати. Стаціонарні рентгенівські дефектоскопи використовуються в стаціонарних умовах в дефектоскопічних лабораторіях. Пересувні дефектоскопи монтуються на транспортних засобах і пересуваються разом з ними вздовж досліджуваного об’єкту. Переносні дефектоскопи використовуються безпосередньо на виробничих дільницях виготовлення або експлуатації різних конструкцій.

4.1.1.Біологічний вплив рентгенівського опромінення.

Фотони рентгенівського випромінювання мають енергію від 100 еВ до 250 кеВ, що відповідає випромінюванню довжиною хвилі λ = 10^-5 – 10^-2 нм. М’який рентген характеризується найменшою енергією фотона та частотою випромінювання (і найбільшою довжиною хвилі), а жорсткий рентген має найбільшу енергію фотона та частоту випромінювання (і найменшу довжину хвилі). Жорсткий рентген використовується переважно у промислових цілях. Рентгенівські промені виникають при сильному прискоренні заряджених частинок або при високо енергетичних переходах в електронних оболонках атомів або молекул. У процесі прискорення-гальмування лише близько 1% кінетичної енергії електрона йде на рентгенівське випромінювання, 99 % енергії перетворюється на тепло.

На Землі електромагнітне випромінювання в рентгенівському діапазоні утворюється в результаті іонізації атомів випромінюванням, яке виникає при радіоактивному розпаді, а також космічним випромінюванням. Радіоактивний розпад також приводить до безпосереднього випромінювання рентгенівських квантів, якщо викликає перебудову електронної оболонки атома, що розпадається (наприклад, при електронному захопленні). Рентгенівське випромінювання, яке виникає на інших небесних тілах, не досягає поверхні Землі, тому що повністю поглинається атмосферою. Рентгенівські промені можуть проникати крізь речовину, причому різні речовини по-різному їх поглинають. Поглинання рентгенівських променів є найважливішою їх властивістю в рентгенівській зйомці. Рентгенівське випромінювання є іонізуючим. Воно впливає на тканини живих організмів і може бути причиною променевої хвороби, променевих опіків і злоякісних пухлин. Рентгенівське випромінювання є мутагенним чинником. Механізм взаємодії випромінювання з речовиною залежить від властивостей середовища, виду та енергії випромінювання. Вивчення дії випромінювання на організм людини визначило наступні особливості:

- дія рентгенівського випромінювання на організм невідчутна людиною;

- висока ефективність поглиненої енергії, навіть мала кількість поглиненої енергії випромінювання може викликати глибокі біологічні зміни в організмі;

- різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення. При щоденному впливі дози 0,002–0,005 Гр(грей) вже настають зміни в крові;

- дія малих доз призводить до ослаблення імунної системи. При цьому може підсумовуватися чи накопичуватися, що свідчить про кумулятивні властивості рентгенівського випромінювання;

- вплив опромінювання може проявлятися на живі організми може мати миттєві ураження (соматичний ефект), а через деякий час може проявлятися у вигляді різноманітних захворювань (соматично-стохастичний ефект), і навіть у послідуючих поколіннях (генетичний ефект).

Рентгенівського випромінювання, впливаючи на живий організм, викликає в ньому ланцюг зворотних і незворотних змін, що призводять до тих чи інших біологічних наслідків, залежно від виду, рівня опромінення, часу дії, розміру поверхні, яка опромінюється, та властивостей організму. Первинним етапом – спусковим механізмом, що ініціює різноманітні процеси в біологічному об’єкті, є іонізація і порушення молекулярних зв’язків. У результаті впливу рентгенівського випромінювання порушується нормальний плин біохімічних процесів і обмін речовин, блокується ділення клітин та процеси регенерації тканин. Відомо, що близько 75% загального складу тіла людини складають вода. Вода під впливом випромінювання розщеплюється на водень Н⁺ і гідроксильну групу ОН^- що безпосередньо, або через ланцюг вторинних ланцюгових перетворень призводить до утворення продуктів з високою хімічною активністю: гідратного оксиду НО₂ і перекису водню Н₂О₂. Ці з’єднання взаємодіють з молекулами органічної речовини тканини, окисляючи і руйнуючи її на молекулярному та клітинному рівні.

Основними кількісними характеристиками, які визначають ступінь рентгенівського опромінення є експозиційна доза , та потужність експозиційної дози .

Експозиційна доза характеризує зовнішнє рентгенівське опромінення і дорівнює величині заряду на одиницю маси речовини. Одиницею виміру в системі СІ є 1 Кл/кг ( на практиці використовується частіше 1 Р =2,58∙10^-4 Кл/кг). Потужність експозиційної дози визначає величину дози в одиницю часу , кл/(кг∙с), або мкР/год.

4.1.2.Нормативи радіаційної безпеки.

Відповідно до положень «Норм радіаційної безпеки України» (НРБУ - 97) [1] все населення України умовно поділено на три категорії:

- до категорії А відносяться особи, які постійно або тимчасово безпосередньо працюють з джерелами іонізуючого випромінювання;

- до категорії Б від носяться особи, які не працюють безпосередньо з джерелами іонізуючого випромінювання, але за місцем положення робочих місць в виробничих приміщеннях чи на виробничих територіях радіаційних об’єктів можуть одержувати додаткове опромінення;

- до категорії В відноситься все інше населення.

Таким чином, персонал який обслуговує установки рентгенівської дефектоскопії відноситься до категорії А. Допустимі норми опромінення таких робітників регламентуються НРБУ – 97, «Основними санітарними правилами забезпе-чення радіаційної безпеки України» -2005, та СП 2191-80 «Санитарными правилами при проведении рентгеновской дефектоскопии».

Відповідно до діючих нормативів для категорії А встановлені регламенти першої групи, зокрема, ліміти доз (ліміт індивідуальної річної ефективної дози та ліміту еквівалентної дози зовнішнього опромінення кристалика ока, шкіри, кистей рук та стоп ніг), похідні рівні, допустимі та контрольні рівні. Ліміти ефективної та еквівалентних доз для категорії А наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Ліміти ефективної та еквівалентних доз (мЗв/рік)

Ліміти доз	Категоря А
DLE (ліміт ефективної дози)
Ліміти еквівалентних доз зовнішнього опромінення:
- DLlens (для кристалика ока)
- DLskin (для шкіри)
- DLextrim (для кистей рук та стоп)

Допустимі норми опромінення осіб категорії А, що обслуговують рентгенівські дефектоскопи, встановлені за наступними показниками:

- допустиме надходження радіонуклідів через органи дихання;

- допустима потужність дози зовнішнього опромінення PFP_A.

До роботи з рентгенівськими дефектоскопами не допускаються особи віком до 18 років. Обов’язковий індивідуальний дозиметричний контроль виконується для осіб, у яких річна ефективна доза може перевищувати 10 мЗв/рік.

Допустима потужність дози визначається за формулою

, мкЗв/год

Де DL – ліміти до за табл. 1, а t – час перебування протягом року на робочому місці (для категорії А t=1700 год).

Потужність поглиненої дози в повітрі від стаціонарних дефектоскопічних і терапевтичних апаратів із радіонуклідними джерелами, що проектуються, не повинна перевищувати 10 мкГр/год на відстані 1 м від поверхні блока захисту апарата з джерелом іонізуючого випромінювання (ДІВ) [2].

Потужність поглиненої дози в повітрі за рахунок супутнього невикористовуваного рентгенівського випромінювання не повинна перевищувати 0,1 мкГр/год. на відстані 0,1 м від поверхні пристрою, під час роботи якого воно виникає.

4.2. Заходи безпеки при експлуатації рентгенівських дефектоскопів

Комплекс заходів радіаційної безпеки для кожного радіаційно небезпечного об’єкту розробляється з врахуванням його категорії та особливостей експлуатації. Відповідно до ОСП [2] встановлено три категорії:

До категорії I належать підприємства, на яких під час їх роботи чи аварії є можливим радіаційний вплив на населення. До них належать АЕС, установи, що мають промислові та дослідницькі ядерні реактори, транспортні ядерні установки, критичні складання, підприємства з видобутку і переробки уранових руд, а також радіохімічні виробництва, підприємства з переробки ядерних матеріалів, підприємства з переробки і захоронення радіоактивних відходів.

До категорії II належать підприємства та об'єкти, на яких радіаційний вплив обмежується СЗЗ. До цієї категорії належать установи, що мають прискорювачі протонів і інших важких частинок, а також електронів з енергією більше 25 МеВ, потужні гамма-установки, підприємства з виробництва виробів із незбагаченого урану, пункти захоронення і переробки низько активних відходів, підприємства з видобутку і переробки кольорових і рідкісних металів, видобутку нафти і газу, деякі підприємства з виробництва мінеральних добрив.

До категорії III належать підприємства та об'єкти, на яких радіаційний вплив обмежується територією або приміщенням, де проводяться роботи з ДІВ. До цієї категорії належать установи, що мають гамма-терапевтичні установки, лабораторії та відділення радіонуклідної діагностики і терапії, стаціонарні гамма та рентгенодефектоскопічні установки, прискорювачі електронів з енергією менше 25 МеВ, а також лабораторії радіонуклідної діагностики, радонові лабораторії, рентгенотерапевтичні та рентгенодіагностичні кабінети.

Таким чином, виробничі об’єкти, на яких використовується рентгено- дефектоскопічні апарати відносяться до категорії III.Для діючих підприємств і об'єктів категорія встановлюється адміністрацією установи за узгодженням із державною санітарно-епідеміологічною службою МОЗ України.

До початку експлуатації таких об’єктів повинно бути розроблено Санітарний паспорт та ліцензію на практичну діяльність, які розробляє та видає заклад державної санітарно-епідеміологічної служби МОЗ України. Крім того, такі об’єкти приймаються в експлуатацію комісією, до складу якої повинні входити представники державної санітарно-епідеміологічної служби МОЗ України. Комісія встановлює:

- відповідність прийнятого об'єкта проектові, вимогам санітарних норм і правил;

- забезпечення необхідних і достатніх умов радіаційної безпеки персоналу та населення як під час нормальної експлуатації джерел, так і у випадку проектної аварії.

Термін дії Санітарного паспорта зазначається в ньому і не може перевищувати п'яти років. Заклад державної санітарно-епідеміологічної служби МОЗ України, що видав Санітарний паспорт, здійснює санітарний нагляд та контроль за дотриманням умов Санітарного паспорта, переліку дозволених у ньому робіт.

Необхідний рівень протирадіаційного захисту персоналу підприємств забезпечується:

- радіаційно-гігієнічними та організаційно-технічними заходами для забезпечення умов праці, що відповідають вимогам чинного законодавства України, норм радіаційної безпеки та Правил;

- обмеженням у встановленому порядку допуску до роботи з джерелами іонізуючого випромінювання (ДІВ) осіб у залежності від їхнього віку, статі та стану здоров'я;

- достатністю захисних бар'єрів, включаючи фактори, що лімітують відстань до джерела і час роботи з ним;

- достатньою надійністю безвідмовністю конструкцій, механізмів, інших засобів та систем, що забезпечують низькі проектні рівні ймовірності критичних подій, щодо джерел потенційно опромінюючих;

- призначенням наказом роботодавця особи, відповідальної за радіаційну безпеку;

- системою підготовки і підтримки високої кваліфікації персоналу і дотриманням правил роботи з джерелом;

- забезпеченням персоналу лікувально-профілактичними засобами захисту від опромінення;

- організацією системи інформування про радіаційний стан;

- установленням контрольних рівнів;

- організацією і здійсненням радіаційного контролю, що відповідає вимогам ОСП та інших профільних санітарних правил;

- плануванням і проведенням ефективних заходів щодо захисту персоналу у випадку загрози і під час виникнення радіаційної аварії. При організації робіт із джерелами іонізуючих випромінювань на робочому місці необхідно враховувати що практична діяльність на підприємстві повинна здійснюватись відповідно до інструкцій з радіаційної безпеки, у яких встановлюється:

- обладнання, контейнери, упакування, апарати, пересувні установки, приміщення, призначені для роботи з джерелами, повинні бути відмічені знаком радіаційної небезпеки;

- порядок проведення робіт, обліку, зберігання, видачі та транспортування джерел, утримання приміщень;

- заходи і засоби індивідуального захисту;

- заходи радіаційної безпеки під час робіт із джерелами;

- заходи попередження, виявлення і ліквідації радіаційних аварій;

- організація здійснення дозиметричного контролю;

- проводити навчання, інструктаж і перевірку знань з радіаційної безпеки, охорони праці, виробничої санітарії та інших правил і постійно контролювати дотримання їх персоналом;

- проводити позачерговий інструктаж перевірку знань правил радіаційної безпеки у випадку зміни характеру і класу робіт із джерелами;

- організовувати своєчасне проходження персоналом категорії А медичних оглядів (не менше одного разу на рік).

Заходи з обмеження професійного опромінення осіб персоналу категорії А необхідно в першу чергу спрямовувати на джерело випромінювання і обладнання робочих місць. Використання засобів індивідуального захисту (далі - ЗІЗ) повинне, як правило, розглядатися як додатковий, (або) вимушений, (або) надзвичайний захід щодо більш значущих першочергових та застосовуватись у ситуаціях, коли безпеку робіт неможливо забезпечити конструкцією обладнання, організацією виробничих процесів, архітектурно-планувальними рішеннями та засобами колективного захисту.

Особи, які працюють або відвідують ділянки робіт з джерелами іонізуючого випромінювання, повинні бути забезпечені ЗІЗ у залежності від виду і класу робіт.

До комплекту повинні входити основні та додаткові ЗІЗ у залежності від рівня і характеру виконуваної роботи. Основний комплект ЗІЗ складається з комбінезона або костюма, шапочки, спецбілизни, шкарпеток, легкого взуття або черевиків, рукавичок, паперового рушника та носової хустинки разового використання, а також ЗІЗ органів дихання в залежності від характеру можливого радіоактивного забруднення повітря. Персонал категорії А повинен бути забезпечений халатами, шапочками, рукавицями, легким взуттям і за необхідності - засобами захисту органів дихання. Найбільш доцільним є застосування білого (нефарбованого) бавовняного спецодягу.

Під час використання дефектоскопічних апаратів, що генерують іонізуючі випромінювання, необхідно:

- забезпечити фізичний захист джерела;

- направляти випромінювання переважно в бік землі або в бік, де немає людей;

- розміщувати джерела в окремих приміщеннях або якнайдалі від обслуговуючого персоналу та інших осіб;

- обмежувати час перебування людей поблизу джерел;

- застосовувати системи дистанційного управління та автоматизації;

- застосовувати пересувні огородження, захисні екрани і засоби індивідуального захисту;

- вивішувати плакати, які попереджатимуть про небезпеку і будуть чітко помітні на відстані не менше 3 м.

Фізичний захист джерела забезпечується герметичністю та ефективністю зменшення інтенсивності випромінювання корпусів апаратів, ефективністю послаблення іонізуючого випромінювання стінами перегородок, боксів, приміщень, герметичністю та ефективністю зменшення інтенсивності випромінювання дверей у приміщенні.

Радіаційний захист робочої камери повинна забезпечувати зниження дози опромінення персоналу і обмеженої частини населення до регламентованих величин.

При проведенні рентгенівської дефектоскопії в умовах цеху радіаційний захист робочої камери повинен забезпечувати зниження потужності експозиційної дози на зовнішній поверхні камери до 0,3 мР / год (0,12 мр / год) для категорії Б у 10 разів менше, ніж для А.

Захисні пристрої технологічних отворів для подачі виробів на просвічування повинні забезпечувати зниження потужності експозиційної дози випромінювання у цих отворів до зазначеного вище значення. Екрануючі засоби, перегородки, вигородки чи стіни боксів переважно виконують із свинцю, бетону або баритобетону.

Захисне оглядове вікно в робочій камері (у разі необхідності його пристрою) повинно забезпечувати зниження потужності експозиційної дози випромінювання на зовнішній поверхні його до 3 мР / год.

Вимоги до радіаційного захисту підлоги робочої камери, розміщеної на першому поверсі (при відсутності розташованих під нею підвальних приміщень), не пред'являються.

Вхід в робочу камеру повинен виконуватися захисним ( наприклад, шляхом обличкування внутрішньої поверхні дверей свинцевою фольгою).

При просвічуванні деталей в робочій камері без захисного стельового перекриття типу "вигородка" рівні випромінювання на робочих місцях персоналу цеху не повинні перевищувати 0,3 мР / год.

Спорудження в захисних пристроях каналів, отворів і т.д. для технологічних цілей рекомендується в місцях з найменшим рівнем випромінювання. Рівні випромінювання на зовнішній поверхні захисних пристроїв у місцях проходження каналів, отворів і т.д. не повинні бути вище розрахункових для захисту.

Усі стаціонарні захисні пристрої після їх спорудження і встановлення апаратів повинні бути перевірені на відповідність вимогам НРБУ і ОСП.

На зовнішній поверхні установок з рентгенівськими апаратами, на вхідних дверях робочих камер, кордоні радіаційно-небезпечної зони повинні бути знаки радіаційної небезпеки, виконані відповідно до вимог ГОСТ 17925-72 «Знак радіаційної небезпеки» На кордоні радіаційно-небезпечної зони встановлюються попереджувальні плакати (написи), чітко видимі з відстані не менше 3-х метрів.

Робоча частина стаціонарних апаратів і установок із необмеженим за напрямком пучком випромінювання повинна розміщуватися в окремому приміщенні (бажано в окремому будинку або окремому крилі будинку); матеріал і товщина стін, підлоги, стелі цього приміщення при будь-яких реальних положеннях ДІВ і напрямках
пучка повинні забезпечувати ослаблення первинного розсіяного випромінювання в суміжних приміщеннях і на території підприємства до допустимих значень.

Пульт управління апаратом (установкою) слід розміщувати в окремому від ДІВ приміщенні. Замок вхідних дверей у приміщення, де знаходиться апарат, повинен бути зв'язаний із механізмом переміщення ДІВ або з пристроєм вмикання високої (прискорювальної) напруги таким чином, щоб виключити можливість випадкового опромінення персоналу.

У разі відсутності автоматизованої системи входження обслуговуючого персоналу в приміщення, в яких проводиться дефектоскопія, при необхідності допускається тільки при включеній вентиляції через 20 хв після відключення апарату.

4.3. Розрахунок величини дози та необхідної ефективності захисного екрану

Визначити дозу та необхідну ефективність і характеристики екрануючого пристрою, якщо для проведення дефектоскопії зварювальних швів стальних виробів використовується рентгенівський дефектоскоп типу МАРТ-200 (див. табл. 4.2), робоче місце персоналу категорії А знаходиться на відстані r_A=4 м, а постійне робоче місце персоналу категорії Б знаходиться в сусідньому приміщенні. Врахувати, що робочий час персоналу за тиждень складає 36 год., а ліміти доз для категорії А і Б наведені в табл.. 4.3.

Таблиця 4.2. Технічні характеристики дефектоскопу

Технічні характеристики	МАРТ-200
Робоча напруга (регулюється) на рентгенівскій трубці (кВ)	100-200
Номінальний стум рентгенівської трубки (мА)
Доза рентгенівського випромінювання в прямому пучку на відстані 500 мм от фокуса трубки за 1 хв (Р)
Діаметр фокусної плями (мм)
Максимальна товщина просвічуваної сталі з фокусної відстані 700 мм за період експозиції 10 хв при використанні високо контрастної плівки зі свинцевою фольгою (мм)
Потужність апарату (Вт)
Метод просвічування	направлений,
Вага випромінювача (кг)
Габарити випромінювача (мм)	420х100

Таблиця 4.3. Допустимі потужності дози на робочих місцях [3]

Категорії опромінюваних осіб	Призначення приміщень	Допустима потужність при робочому часі 36 год/тиждень, мР/год.
Категорія А	Приміщення постійного перебування персоналу   Приміщення, в яких персонал перебуває не більше половини робочого дня	1,4     2,8
Категорія Б	Будь-які приміщення підприємства   Будь-які приміщення або зони підприємства в межах спостереження	0,1   0,03

Ефективність зниження потужності рентгенівського випромінювання для різних матеріалів наведена в табл.. 4.4

Таблиця 4.4. Товщина захисного шару із свинцю δ (мм) половинного ослаблення випромінювання

┌────────────┬────────────────────────┬──────────────────────────┐

│ U , кВ │ ДЕЛЬТА 1/2, мм │ ДЕЛЬТА 1/10, мм │

│ 0 ├───────────┬────────────┼─────────────┬────────────┤

│ │ свинець │ бетон │ свинець │ бетон │

├────────────┼───────────┼────────────┼─────────────┼────────────┤

│ 100 │ 0,2 │ 15 │ 0,7 │ 51 │

│ 150 │ 0,3 │ 23 │ 1 │ 76 │

│ 200 │ 0,5 │ 28 │ 1,7 │ 91 │

│ 250 │ 0,9 │ 29 │ 3 │ 97 │

│ 300 │ 1,7 │ 31 │ 5,6 │ 102 │

└────────────┴───────────┴────────────┴─────────────┴────────────┘

Рішення:

1) Визначимо потужність експозиційної дози на відстані r₁=500 мм від фокуса трубки ;

2) Враховуючи, що потужність дози рентгенівського випромінювання обернено пропорціональна відстані від джерела випромінюванні, визначимо потужність експозиційної дози на відстані r₂= 4м і r₃=14 м із співвідношення:

→ ;

Аналогічно

3) Необхідна кратність ослаблення потужності експозиційної дози складає:

- на робочому місці персоналу категорії А за умови, що допустима потужність випромінювання складає 2,8 мР/год (табл..4.3)

К=3,75∙10³/2,8=1,34 ∙10³ ;

- на робочому місці персоналу категорії Б за умови, що допустима потужність випромінювання складає 0,03 мР/год (табл..4.3)

К=0,306∙10³/0,1=3,06 ∙10³ ;

4) Враховуючи, що кратність ослаблення випромінювання визначається за формулою

,

знаходимо ( - число шарів половинного ослаблення випромінювання);

5) Із табл. 4.4 знаходимо, що при робочій напрузі 200 кВ δ_1/2=0,5 мм, тоді для захисту персоналу категорії А необхідна товщина захисного екрану із свинцю повинна бути δ_1/2· = 0,5·10,38~6 мм.

6) Аналогічно, враховуючи дані табл. 4.4 знаходимо, що для захисту персоналу категорії Б в сусідньому приміщенні необхідно, щоб товщина стін із бетону між приміщеннями становила не менше 40 мм.

Приклад 2