НАУЧНЫЕ РЕДАКТОРЫ

В.Н. КРУТИКОВ, Ю.И. БРЕГАДЗЕ, А.Б. КРУГЛОВ

контроль
физических факторов
окружающей среды,
опасных для человека

МОСКВА

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ 2003

В предлагаемом справочном издании из серии «Экометрия» приведены современные данные о контроле опасных и вредных физических факторов, воздействующих на человека вне процесса его трудовой деятельности. Рассмотрено воздействие широкого класса полей и излучений, таких как электромагнитное, возникающее вблизи высоковольтных линий электропередач, антенн радиопередающих станций, мобильных телефонов и электробытовой техники, оптическое излучение, в особенности ультрафиолетовое излучение солнца, усиливающееся за счет разрушения озонового слоя атмосферы, ионизирующее излучение как внешнее, так и внутреннее за счет попадания в организм радионуклидов (присутствие радона в жилищах, загрязнение радионуклидами пищевых продуктов и стройматериалов). Большое внимание уделено акустическим факторам, таким как городской шум, шум внутри транспортных средств и вблизи аэродромов. В справочнике рассмотрены и такие факторы, как запыленность воздуха и его ионный состав. Читатель найдет в книге краткие сведения о воздействии опасных и вредных физических факторов окружающей среды на человека, основы их нормирования и сами нормы, установленные для населения, а также краткие сведения о методах защиты, например, от ультразвукового излучения и акустического шума.

Большие разделы соответствующих глав посвящены приборам, прошедшим испытания и допущенным к применению в стране, а также методикам выполнения измерений и методикам поверки приборов. Каждый раздел книги написан ведущими специалистами в области приборостроения и метрологии.

Книга рассчитана на специалистов учреждений и организаций государственной санитарно-эпидемиологической службы, природоохранных организаций, как государственных, так муниципальных и общественных, территориальных органов Госстандарта России, работников коммунальной сферы.

SUMMARY

In suggested reference book «Control of Parameters of Human Dangerous and Harmful Physical Environmental Factors» over series «ECOMETRY» the modem data on the control of the dangerous and harmful physical factors human health effects outside of process of professional activity are resulted. Influence of a wide class of fields and radiation, such as electromagnetic, arising near to high-voltage power lines, radio transmission station antenna, mobile phones and home appliances, optical radiation, in particular the ultra-violet radiation of the sun amplifying due to destruction of an ozone cloud of an atmosphere, ionizing radiation both external, and internal is considered due to hit in an organism radio nuclear unites (a problem of radon in dwellings, pollution by radio nuclear unites foodstuff and building materials). The big attention is given to acoustic factors, such as city noise, noise inside vehicles and near to airports. In the reference book such factors, as a dust content of air and its ionic structure are considered also. The reader will find in the book brief data on effects of exposure of dangerous and harmful physical environmental factors to human organism, bases of their hygienic rate setting and hygienic norms, established for general public, and also brief data on methods of protection, for example from ultra-violet radiation and acoustic noise.

The big sections of corresponding chapters are devoted to the devices tested and allowed to application in Russian Federation, and also techniques of performance of measurements and techniques of checking of devices. Each section of the book is written by large experts in the field of hygienic standardization, instrument making and metrology.

The book is intended for experts of establishments and organizations of the state sanitary-epidemiological service, the environment protection organizations, as state, so municipal and public, territorial bodies of State Standard of Russia, workers of municipal sphere.

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

МИНЗДРАВ РОССИИ

МЧС РОССИИ

МИНТРУД РОССИИ

Редакционно-издательский совет

Президиум редакционно-издательского совета:

Алешин Б.С.	- Председатель президиума редакционно-издательского совета, заместитель Председателя Правительства Российской Федерации;
Крутиков В.Н.	- член президиума редакционно-издательского совета, заместитель Председателя Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии;
Онищенко Г.Г.	- член президиума редакционно-издательского совета, Первый заместитель Министра здравоохранения Российской Федерации;
Фалеев М.И.	- член президиума редакционно-издательского совета, заместитель Министра Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий;
Январев В.А.	- член президиума редакционно-издательского совета, Первый заместитель Министра труда и социального развития Российской Федерации.

Редакционная коллегия:

Крутиков В.Н.	- главный редактор;
Брегадзе Ю.И.	- зам. главного редактора (ФГУП «ВНИИФТРИ»);
Круглов А.Б.	- редактор-составитель;
Васильев Д.Р.	- член редколлегии (ФГУП «ВНИИФТРИ»);
Губина Н.Б.	- член редколлегии (Минтруд России),
Гульченко Л.П.	- член редколлегии (Департамент Госсанэпиднадзора Минздрава России);
Иванов B.C.	- член редколлегии (ФГУП «ВНИИОФИ»);
Кучеренко А.И.	- член редколлегии (Департамент Госсанэпиднадзора Минздрава России);
Лахов В.М.	- член редколлегии (Госстандарт России);
Сорокин Ю.Г.	- член редколлегии (Минтруд России);
Толпекин И.Г.	- член редколлегии (АО «Экспертцентр»);
Федоренко В.В.	- член редколлегии (АО «Экспертцентр»);
Шевченко А.В.	- член редколлегии (ЦСИ ГЗ МЧС России).

Коллектив авторов и редакционно-издательский совет приносят благодарность руководителям АО «Экспертцентр»

ТОЛПЕКИНУ Илье Геннадиевичу и ФЕДОРЕНКО Василию Васильевичу

за финансовую поддержку подготовки рукописи к изданию

ПРЕДИСЛОВИЕ

Очередной том энциклопедии «Экометрия» «Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для человека» является первой книгой, выходящей после принятия Федерального закона от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

Согласно принятому Закону, техническое регулирование - правовое регулирование отношений в области установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, а также в области установления и применения на добровольной основе требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению работ или оказанию услуг и правовое регулирование отношений в области оценки соответствия. В соответствии со ст. 6 Закона технические регламенты принимаются в целях: защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества; охраны окружающей среды, жизни или здоровья животных и растений; предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей.

Технические регламенты с учетом степени риска причинения вреда устанавливают минимально необходимые требования, обеспечивающие: безопасность излучений; биологическую безопасность; взрывобезопасность; механическую безопасность; пожарную безопасность; промышленную безопасность; термическую безопасность; химическую безопасность; электрическую безопасность; ядерную и радиационную безопасность; электромагнитную совместимость в части обеспечения безопасности работы приборов и оборудования; единство измерений (ст. 7 Закона).

Согласно утвержденной «Программе разработки технических регламентов на 2003 - 2010 годы» предусматривается разработка таких общих технических регламентов, как «Безопасность излучений», «О безопасности пищевой продукции», общий технический регламент и свод специальных технических регламентов «Об использовании атомной энергии» и ряд других. При разработке этих регламентов авторы найдут много ценных материалов в предлагаемой книге, а также в предыдущих изданиях серии «Экометрия»: «Контроль химических и биологических параметров окружающей среды» (С.-Пб.: Изд-во «Крисмас», 1998) и «Контроль физических факторов производственной среды, опасных для человека» (М.: ИПК Издательство стандартов, 2002).

Особый интерес для разработчиков технических регламентов приобретают вопросы обеспечения единства измерений при контроле безопасности при воздействии опасных и вредных производственных факторов и факторов окружающей среды. Вопросы обеспечения единства измерений должны найти отражение при разработке практически всех общих и специальных технических регламентов.

Председатель президиума редакционно-издательского

совета энциклопедии «Экометрия»,

член-корреспондент РАН, профессор, доктор

технических наук

Б.С. Алешин

Главный редактор

энциклопедии «Экометрия»,

заместитель Председателя Госстандарта России,

кандидат физико-математических наук

В.Н. Крутиков

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее издание состоит из глав, написанных различными авторами или авторскими коллективами. Каждая глава посвящена определенному физическому фактору или группе физических факторов, воздействующих на население вне его производственной деятельности.

Обычно различают чисто природные опасные физические факторы, которые существуют с момента образования планеты. К ним относятся ультрафиолетовое излучение Солнца, космическое ионизирующее излучение и естественно-радиоактивные нуклиды (ЕРН), содержащиеся в земной коре и объектах окружающей среды, аэрозоли и аэроионы. Принято также говорить о техногенных факторах, источниками которых является жизнедеятельность человека и которые усиливают действие природных факторов. К ним можно отнести применение в технике хлорсодержащих хладонов, разрушающих озоновый слой атмосферы и усиливающих поток ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности Земли. К техногенным факторам относятся также локальные изменения распределения ЕРН, образуемые за счет производственной деятельности человека, что приводит к изменению уровня радиационного воздействия в отдельных регионах, увеличение запыленности атмосферы (аэрозоли) и изменение ее аэроионного состава. Наконец, мы часто сталкиваемся с антропогенными физическими факторами. Это факторы, преимущественно созданные человеком: высоковольтные линии электропередач, электробытовая техника, радиопередающие и принимающие системы (мобильные телефоны), солярии, такие источники ионизирующей радиации, как рентгеновские аппараты, ускорители, ядерные реакторы, искусственно-радиоактивные элементы. К антропогенным факторам можно отнести также акустический шум транспортных средств.

Авторы постарались рассмотреть эти факторы. Ряд глав содержит рекомендации по снижению воздействия опасных и вредных факторов. Так, в гл. 1 даются рекомендации пользователям радиотелефонов, уменьшающие риск воздействия электромагнитного поля на здоровье; в гл. 2 упоминаются солнцезащитные средства; в гл. 3 излагаются требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии; в гл. 4 большое внимание уделено строительным методам защиты от шума транспортных средств жилых и общественных зданий при планировании городской застройки; в гл. 6 излагаются методы коррекции аэроионного состава воздуха в помещениях.

Логика изложения материала в каждой главе следующая. Вначале идет описание общих физических характеристик опасных и вредных факторов, воздействующих на организм человека, приводятся измеряемые величины. Затем кратко, в доступной для инженерно-технических работников форме, излагается механизм воздействия физического фактора на организм человека и возможная реакция на это воздействие. Далее следует описание подходов к нормированию опасных и вредных физических факторов. Приводятся и сами нормы. В последующих разделах приводятся характеристики средств измерений, используемых для контроля соответствующих физических факторов. Приводятся данные о средствах измерений, прошедших приемочные испытания, внесенных в Государственный реестр и допущенных к обращению в стране. Даются ссылки на методики выполнения измерений, утвержденные в установленном порядке, и в ряде глав примеры методик, по образцу которых работники измерительных лабораторий могут разработать недостающие с последующей их аттестацией.

Наконец, последние разделы посвящены метрологическому обеспечению измерений. Здесь приводятся общие принципы обеспечения единства измерений соответствующих характеристик опасных и вредных физических факторов окружающей среды. Даются ссылки на методики поверки приборов, утвержденные в установленном порядке, а в ряде глав и примеры методик поверки.

В каждой главе имеется список литературы, содержащий ссылки на отечественные нормативные документы и документы международных организаций, оригинальные статьи, опубликованные в периодической научной печати, монографии.

Авторы будут благодарны за замечания и предложения читателей, которые могут быть учтены при возможном переиздании книги в связи с непрерывно изменяющейся нормативной базой и обновляющимся парком средств измерений.

Руководитель авторского коллектива - научный редактор книги,

заслуженный деятель науки Российской Федерации,

действительный член Метрологической академии,

профессор, доктор технических наук

Ю.И. Брегадзе

Глава 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

В.А. Тищенко, В.И. Токатлы, В.И. Лукьянов, Н.Б. Рубцова, Л.В. Походзей

Электромагнитное поле является особой формой материи. Различные части спектра электромагнитного поля характеризуются разными областями значений величины, которую называют частотой или связанной с ней через скорость света в вакууме длиной волны. В зависимости от этого параметра спектр электромагнитных излучений обычно делят на три части: радиоизлучение (диапазон длин волн до 0,1 мм), оптическое, включающее в себя инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую области (до 10^-2 мкм) и ионизирующее, к которому относят рентгеновское и гамма-излучения. При такой классификации спектра электромагнитных излучений исключаются электромагнитные явления, не зависящие от времени, соответствующие бесконечно большой длине волны или нулевой частоте, т.е. статические поля. Однако, электростатические и магнитостатические поля также являются физическими факторами, воздействующими на человека.

В данной главе рассмотрены электромагнитные поля: статические и с частотами от 0 до 300 ГГц. К факторам электромагнитной природы, находящимся в этом диапазоне, к потенциально опасным для здоровья человека относят гипогеомагнитные поля, постоянные электрические и магнитные поля, переменные электромагнитные поля (ЭМП) в диапазоне частот от 1 Гц до 300 ГГц, в котором особо выделяют электромагнитные поля промышленной частоты 50/60 Гц (ЭМП ПЧ) и электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ) от 10 кГц до 300 ГГц.

Электростатическое поле (ЭСП) отмечается часто в бытовых условиях при использовании тканей из волокон с высокими диэлектрическими свойствами, эксплуатации персональных ЭВМ, при применении установок для ионизации воздушного пространства и т.д.

Источниками постоянного магнитного поля (ПМП) в быту могут быть средства электротранспорта (поезда метрополитена, железной дороги, трамваи), физиотерапевтическая аппаратура или диагностическое оборудование (установки ядерного магнитного резонанса).

Источниками ЭМП ПЧ являются элементы токопередающих систем различного напряжения (линии электропередачи, распределительные устройства и др.), электротранспорт, различные типы бытового электрооборудования.

Источниками электромагнитной энергии радиочастотного и микроволнового диапазонов в окружающей среде служат антенные системы радиолокационных станций, радио- и телерадиостанций, в том числе систем мобильной радиосвязи, а также физиотерапевтические аппараты и персональные ЭВМ. Причем, уровень электромагнитных полей радиочастотного диапазона искусственного происхождения, созданных человеком, существенно превышает уровень естественных полей.

Из-за того, что у человека нет органов чувств, непосредственно реагирующих на ЭМП РЧ, населению практически неизвестен тот факт, что в спектре электромагнитных излучений Земли из-за радиочастотных излучений произошли масштабные изменения. В некоторых участках спектра излучений Земля «светит» ярче Солнца. Такое сильное отклонение от естественного состояния электромагнитного спектра планеты произошло в XX веке в результате изобретения беспроводных средств коммуникаций, использующих электромагнитные волны радиочастотного диапазона. Радиосвязь, телевидение, радионавигация, системы сотовой телефонной связи явились источниками негативного влияния на окружающую среду и человека.

Особо нужно выделить сотовую связь. Беспроводная связь на радиочастотах возникла более ста лет назад, и аспекты безопасности при ее использовании достаточно хорошо изучены и регламентированы в законодательных актах и многочисленных нормативных документах. Традиционная беспроводная связь (радиосвязь) в отличие от проводной связи (телефонии) для потребителя была односторонней. Радиоцентры, являющиеся источниками электромагнитного излучения, находились у профессионально подготовленных людей, обеспечивающих передачу радиосигналов, а потребитель имел возможность с помощью радиоприемников их принимать. В радиоцентр можно было позвонить по телефону, но возможности связаться с радиоцентром таким же способом, как радиоцентр с потребителем, не было. У массового потребителя отсутствовал необходимый компонент двухсторонней связи - радиопередатчик. Теперь, с развитием системы сотовой персональной связи, такая возможность появилась. В руки потребителя в буквальном смысле попал достаточно мощный источник ЭМП, который с помощью антенны не только осуществляет связь и передает информацию (полезный эффект), но и производит облучение самого потребителя (опасный эффект).

Для решения вопросов обеспечения экологической безопасности ЭМП в первую очередь необходимо определить величины, которыми характеризуется электромагнитное поле, и единицы, в которых они измеряются.

1.1. Характеристики электромагнитного поля

Существуют четыре основные векторные функции координат и времени, определяющие электромагнитное поле:

 - напряженность электрического поля;

- электрическая индукция;

- напряженность магнитного поля;

 - магнитная индукция.

Радиус-вектор  означает зависимость от пространственных координат, t - от времени.

В изотропной среде (в среде, свойства которой не зависят от направления) векторы  и  связаны с  и  соотношениями:

; ; ,                                              (1.1)

где ε - диэлектрическая проницаемость - параметр, характеризующий электрические свойства среды, μ - магнитная проницаемость - параметр, характеризующий магнитные свойства среды,  - плотность тока проводимости, σ - удельная проводимость среды.

В частности, в вакууме ε = ε₀, μ = μ₀, ε₀ = 10⁷/4πс² ф/м - электрическая постоянная, μ₀ = 4p·10^-7 Гн/м - магнитная постоянная, с = 2,9979·10⁸ м/с - скорость света в вакууме.

Используя последнее соотношение из (1.1), можно вывести формулу:

,                                                            (1.2)

где R - электрическое сопротивление цилиндрического проводника длиной l с площадью поперечного сечения S.

Наличие связи (1.1) позволяет для характеристики электромагнитного поля в воздухе, а также в вакууме и вообще в любой изотропной среде использовать вместо четырех величин только две: либо  или  (обычно используют ), либо  или  (используют как ту, так и другую величину).

Определить электромагнитное поле в некоторой области пространства, например, в воздухе, значит определить векторы  и  или  в каждый момент времени в каждой точке пространства.

Перечисленные выше векторные величины являются силовыми характеристиками электромагнитного поля. Так,  является отношением силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной вдоль скорости движения, если заряд движется, к заряду. В свою очередь,  есть отношение силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной перпендикулярно скорости движения, к произведению заряда на модуль скорости движения.

В Международной системе единиц (СИ) величины, связанные с электромагнитным полем, именуются электрическими. В качестве основной электрической величины выбрана сила электрического тока, с единицей измерения ампер, размерность которой (I) входит во все производные единицы измерения электрических величин.

В табл. 1.1 приведены основные величины, характеризующие электромагнитное поле и единицы их измерения.

Таблица 1.1

Величины, характеризующие электромагнитное поле

По временной зависимости величины, характеризующие электромагнитное поле, подразделяются на следующие основные виды:

1) постоянные (не зависящие от времени);

2) гармонические колебания;

3) произвольные периодические колебания;

4) импульсы;

5) шумы;

6) модулированные колебания.

В отличие, например, от акустических полей, которые представляют собой зависимость некоторой одной скалярной величины от времени, электромагнитное поле является более сложным объектом, так как описывается двумя векторными величинами и , т.е. шестью скалярными величинами. Специфику описания временной зависимости электромагнитного поля можно продемонстрировать на примере наиболее распространенного вида колебаний - гармонического колебания. Это колебание описывается следующими математическими выражениями:

,

,

где ,  - амплитудные векторы напряженности электрического поля, зависящие только от пространственных координат и ортогональные друг другу; , - амплитудные векторы напряженности магнитного поля, зависящие только от пространственных координат и ортогональные друг другу; f - частота колебания. С частотой однозначно связаны такие величины как ω = 2pf - круговая частота, Т = 1/f - период колебания, λ = c/f - длина волны.

В случае гармонического колебания, напряженность электрического (магнитного) поля характеризуется частотой и двумя векторными величинами (шестью скалярными). Если один из векторов равен нулю, то напряженность электрического (магнитного) поля не меняет своей ориентации в пространстве, изменяясь во времени только по величине и меняя направление на противоположное при прохождении через нуль. В общем случае (оба вектора отличны от нуля), конец вектора  () описывает эллипс, а если ││=││ (││=││), то - окружность. При этом эллипс (окружность) расположен в плоскости, проходящей через векторы  () и ().

В случае произвольных периодических колебаний конец вектора () описывает в пространстве замкнутую кривую, форма которой может быть весьма сложной.

Постоянное электрическое поле часто называют электростатическим. Оно создается заряженными диэлектрическими или металлическими телами. Графически структуру электрического поля принято изображать при помощи силовых линий, к которым вектор напряженности электрического поля касателен в каждой точке. Каждая силовая линия начинается на положительном заряде и заканчивается на отрицательном или уходит в бесконечность. Густота силовых линий качественно характеризует модуль напряженности электрического поля. Наиболее простую структуру имеет электрическое поле неподвижного точечного положительного заряда. Если поместить точечный положительный заряд q в начало декартовой системы координат, то вектор будет направлен вдоль радиуса-вектора  и его модуль будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния ││. В этом случае силовые линии - лучи, выходящие из начала координат (рис. 1.1).

Более сложную структуру имеет система, состоящая из двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов (рис. 1.2).

Рис. 1.1

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Рис. 1.4

Наконец, самую простую структуру имеет электрическое поле равномерно заряженной плоскости (рис. 1.3). Выше и ниже плоскости электрическое поле является однородным (напряженность электрического поля одинакова во всех точках), а вектор перпендикулярен заряженной плоскости.

Практически в любой реальной структуре постоянного электрического поля можно найти структурные элементы, изображенные на рис. 1.1 - 1.3. Например, имеется положительно заряженное металлическое тело (рис. 1.4), и на некотором расстоянии от него - заземленное металлическое тело. Так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются, то положительные заряды уйдут с заземленного тела в землю, и оно зарядится отрицательно. Поэтому в целом структура электрического поля будет похожа на структуру, изображенную на рис. 1.2. Вблизи плоских участков обоих тел электрическое поле будет по структуре близко к однородному полю (рис. 1.3), а вблизи острых кромок похоже на электрическое поле, изображенное на рис. 1.1. Подобным образом можно проанализировать любую систему заряженных тел.

Постоянное магнитное поле создается постоянным магнитом или проводниками с постоянным током. Графически структуру постоянного магнитного поля изображают при помощи силовых линий магнитного поля - линий, к которым вектор напряженности магнитного поля касателен в каждой точке.

Простейшим элементом, создающим магнитное поле, является бесконечно тонкий прямолинейный провод с постоянным током. В этом случае силовые линии магнитного поля - окружности, центры которых расположены на проводе с током, а сами окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных проводу.

При наличии временной зависимости электрическое и магнитное поля связаны друг с другом и образуют единое целое - электромагнитное поле. В случае гармонических колебаний, пространственная структура электромагнитного поля зависит не только от распределения зарядов и токов на некотором проводящем теле, но и от частоты, а точнее от соотношения между длиной волны λ размерами источника L_u и расстоянием от источника до точки наблюдения R:

1) L_u << λ; R << λ. Размеры источника и расстояние от источника до точки наблюдения малы по сравнению с длиной волны. В этом случае электрическое и магнитное поля практически не зависят друг от друга. Электрическое поле возбуждается только зарядами, а магнитное - только токами. При этом в каждый момент времени в каждой точке пространства, удовлетворяющей условию R << λ, мгновенное значение напряженности электрического (магнитного) поля соответствует мгновенному значению распределения зарядов (токов). По величине и направлению эти значения такие же, как при постоянном распределении зарядов (токов). При выполнении этого условия точка наблюдения находится в ближней зоне. В рассматриваемом случае нет электромагнитного излучения, а есть независимые друг от друга квазистатические переменные электрическое и магнитное поля. Поэтому объект, находящийся в таком электромагнитном поле, подвергается как бы отдельно воздействию электрического и магнитного полей. Так как физические механизмы взаимодействия электрического и магнитного полей с помещенным в них телом разные, предельно допустимые уровни устанавливаются отдельно для электрического и магнитного полей.

2) L_u << λ; R >> λ. При выполнении условия R >> λ говорят, что точка наблюдения находится в дальней зоне. В этой зоне независимо от вида источника (переменные заряды или токи) существует сформировавшееся электромагнитное поле в виде сферической волны, которая распространяется во все стороны от источника электромагнитного поля. В такой волне векторы напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, а их модули связаны соотношением

,                                                               (1.3)

где - волновое сопротивление свободного пространства.

При этом модули напряженности электрического и магнитного полей убывают обратно пропорционально расстоянию от источника до точки наблюдения.

Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии электромагнитного поля в направлении распространения волны. Плотность потока энергии электромагнитного поля р определяется по формуле

.                                               (1.4)

3) L_u >> λ. Как правило, источники излучения, для которых выполняется это условие, являются антеннами радиолокаторов или систем дальней связи. В отличие от предыдущего случая, кроме ближней и дальней зоны, есть еще промежуточная зона, в которой электромагнитная волна распространяется по законам геометрической оптики и в случае зеркальной антенны или многоэлементной антенной решетки имеет вид прожекторного луча.

Независимо от того, в какой зоне находится объект, подвергаемый воздействию электромагнитного поля, характер воздействия, главным образом, зависит от соотношения между длиной волны λ и размером объекта L_o. Если L_o << λ, то даже, если объект расположен в промежуточной или дальней зоне, электрическое и магнитное поля воздействуют на объект, возбуждая в нем токи, как независимо существующие поля, которые взаимодействуют сразу со всем объектом. В этом случае, например, для оценки тепла, выделяемого в объекте, надо найти токи, возбуждаемые электрическим и магнитным полями отдельно, а затем по суммарному току рассчитать выделяемое в объекте тепло.

Если L_o >> λ, то объект находится в поле электромагнитной волны, как в едином целом. В этом случае оценивается предельное значение тепла, которое можно выделить в объекте, умножив плотность потока энергии электромагнитного поля на площадь максимального сечения объекта в плоскости, перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны.

Как уже отмечалось выше, напряженность электрического (магнитного) поля является векторной функцией времени и координат, и измерение ее в каждый момент времени и в каждой точке пространства не реально, да в этом и нет необходимости. Поэтому, когда говорят об измерении напряженности переменного электрического (магнитного) поля, то подразумевают, что речь идет об измерении одного или нескольких скалярных параметров напряженности электрического (магнитного) поля или электромагнитной волны.

Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют следующие параметры:

1) среднее квадратическое значение напряженности электрического поля

,                                                   (1.5)

где Т - период колебаний;

2) среднее квадратическое значение проекции напряженности электрического поля на заданное направление

,                                                   (1.6)

где - единичный вектор, определяющий заданное направление;

3) средние квадратические значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции. Они определяются аналогичным образом. Соответствующие формулы получаются в результате замены Е на Н или В;

4) средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне

                                    (1.7)

1.2. Механизмы воздействия электромагнитного поля на человека

Любое вещество, в том числе и то, из которого состоит человек, является смесью частиц, имеющих положительные и отрицательные заряды. Важнейшей электромагнитной характеристикой свойств вещества является его электропроводность. В зависимости от степени электропроводности, вещества делятся на диэлектрики (σ → 0) и проводники (σ → ∞). В результате резкого различия диэлектриков и проводников, их поведение в электромагнитных полях оказывается неодинаковым. Однако большинство веществ по параметру электропроводности занимают промежуточное положение между идеальными диэлектриками и идеальными проводниками. Вещества типа земли и воды ведут себя, в зависимости от характеристик электромагнитного поля, то как проводники, то как диэлектрики. Если зависимость электромагнитного поля от времени является гармонической, то существует мера оценки свойств вещества на частоте ω.

Если , то вещество характеризуется как диэлектрик, если , то как проводник. Следовательно, в рассматриваемом нами диапазоне частот свойства вещества могут меняться весьма значительно. Однако имеется общая тенденция превращения вещества в диэлектрик с ростом частоты.

Исходя из того, что при отсутствии внешнего электростатического поля тело человека электрически нейтрально (суммарный заряд равен нулю), при его воздействии на человека можно выделить три ситуации:

1) тело человека находится в поле и изолировано от остальных тел. В этом случае подвижные заряженные частицы вещества расположатся как у проводника на поверхности тела, а связанные поляризуются, как у диэлектрика;

2) тело человека заземлено. Тогда подвижные заряженные частицы, определяющие проводимость тела человека, перетекут на землю и тело приобретет заряд, который можно обнаружить, изолировав тело от земли и экранировав его от электрического поля;

3) тело человека является частью электрической цепи, в которой ток проводимости (перенос заряженных частиц) вызывается сторонней напряженностью электрического поля.

Действие постоянного магнитного поля на вещество, являющееся проводником, по которому течет электрический ток (движутся заряженные частицы), связано с магнитной силой, действующей под прямым углом к направлению движения. Общее движение представляет собой движение по цилиндрической спирали.

Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологическими объектами осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависят от целого ряда параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические и магнитные свойства тканей (диэлектрическая и магнитная проницаемости и удельная проводимость), ориентация тела относительно векторов электрического и магнитного полей, а также от характеристик ЭМП (частота, интенсивность, модуляция и др.).

Согласно современным представлениям, по механизму действия ЭМП сверхнизкочастотного и низкочастотного диапазонов (вплоть до 10 - 30 кГц), основную опасность для организма представляет влияние наведенного электрического тока на возбудимые структуры (нервную, мышечную ткань). Параметром, определяющим степень воздействия, является плотность наведенного в теле вихревого тока. При этом, для электрических полей (ЭП) рассматриваемого диапазона частот характерно слабое проникновение в тело человека, для магнитных полей (МП) - организм практически прозрачен. Плотности наведенного тока (j) могут быть рассчитаны по формулам:

для ЭП j = k · f ·E, где f - частота, Е - напряженность ЭП, k - коэффициент, отличающийся для различных тканей;

для МП - j = p  · R · σ · f · B, где: В - магнитная индукция, σ - проводимость ткани.

Поглощение энергии ЭМП в тканях определяется главным образом двумя процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных моментов с частотой воздействующего поля. Первый эффект приводит к возникновению токов проводимости и связанным с электрическим сопротивлением среды потерям энергии (потери ионной проводимости), тогда как второй процесс приводит к потерям энергии за счет трения дипольных молекул в вязкой среде (диэлектрические потери). На низких частотах основной вклад в поглощение энергии ЭМИ вносят потери, связанные с ионной проводимостью. Ионная проводимость возрастает с ростом частоты поля до 10⁶ - 10⁷ Гц в связи с уменьшением емкостного сопротивления мембран и со все большим участием внутриклеточной среды в общей проводимости, что ведет к увеличению поглощения энергии. При дальнейшем увеличении частоты ионная проводимость среды остается практически постоянной, а поглощение энергии продолжает увеличиваться за счет потерь на вращение дипольных молекул среды, главным образом, молекул воды и белков.

Первичные механизмы действия поглощенной энергии на микромолекулярном, субклеточном, клеточном уровнях изучены слабо. Одним из проявлений взаимодействия ЭМП с веществом вообще и с биологическими структурами, в частности, является их нагрев. Однако доказано, что биологические эффекты влияния ЭМП могут проявляться не только при действии сравнительно высоких интенсивностей излучений, вызывающих общий нагрев тканей, но и при так называемых «нетепловых» уровнях, когда общего повышения температуры не наблюдается. Возможно, при любых интенсивностях воздействия поглощение энергии ЭМП в тканях приводит к тепловыделению, однако распределение тепла может иметь неравномерный характер и приводить к возникновению внутренних «горячих точек» при интенсивности ЭМИ на порядок ниже интегрального теплового порога. Имеются данные о влиянии ЭМИ на клеточные мембраны, структуру некоторых белков, электрическую активность нейронов. Отмеченные эффекты не всегда могли быть интерпретированы как чисто тепловые. То есть принципиальная возможность неоднородного нагрева в мелкодисперсных биологических системах не вызывает сомнения, но вопрос о его количественной оценке остается открытым и не теряет своего значения.

В последнее десятилетие получила дальнейшее развитие информационная теория воздействия ЭМИ, основанная на концепции взаимодействия внешних полей с внутренними полями организма.

1.3. Гигиеническое нормирование электромагнитных полей в окружающей среде

1.3.1. Принципы гигиенического нормирования воздействия ЭМП в России и за рубежом

В основе гигиенических норм и правил внепроизводственных воздействий ЭМП, как и других факторов химической и физической природы, в России заложен принцип, в соответствии с которым безопасным для человека является предельно допустимый уровень (ПДУ) ЭМП. ПДУ - уровень воздействия фактора, который не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья в настоящее время или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Гигиенические нормативы ЭМП в России разрабатываются, как правило, на основании комплексных гигиенических, клинико-физиологических, эпидемиологических и экспериментальных исследований. Гигиенические исследования ставят своей целью определение интенсивностных и временных параметров ЭМП в реальных условиях; клинико-физиологические исследования направлены на выявление нарушений в состоянии здоровья и физиологических функций людей, подвергающихся такого рода воздействиям; эпидемиологические - на выявление отдаленных последствий воздействия фактора; экспериментальные - на изучение особенностей и характера биологического действия ЭМП.

Основной вклад в обоснование гигиенических нормативов ЭМП вносят экспериментальные исследования.

Безопасным для человека считается такое воздействие ЭМП, которое не вызывает нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию), качественной перестройки и любых количественных изменений жизненных процессов, которые выходят за пределы физиологической нормы, соответствующей конкретным условиям жизнедеятельности.

Принятая в России методология гигиенического нормирования, базирующаяся на представлениях о наличии порога вредного действия факторов окружающей среды, была использована и при обосновании допустимых уровней ЭМП.

Порог вредного действия - это такое воздействие ЭМП, при котором в организме возникают изменения, характеризующиеся:

качественной перестройкой жизненных процессов;

любыми количественными изменениями жизненных процессов, которые выходят за пределы физиологической нормы, соответствующей конкретным условиям жизнедеятельности, и обусловливают снижение способности организма к осуществлению нормальных компенсаторных возможностей по уравновешиванию неблагоприятного действия других факторов окружающей среды или необычных психофизиологических состояний;

развитием явлений суммирования предшествующих эффектов воздействия, имеющих характер кумулятивных и приводящих при продолжительном воздействии к развитию изменений жизненных процессов, выходящих за пределы допустимых отклонений.

По-видимому, порог вредного действия ЭМП лежит на границе, разделяющей зоны активной адаптации и патологических нарушений. Однако на практике, в процессе проведения экспериментальных исследований, установление порога вредного действия встречает ряд трудноразрешимых задач, зависящих от адекватности и чувствительности используемых методов, от вида и размера тела лабораторных животных, от качества метрологического обеспечения, от квалификации экспериментатора и множества других обстоятельств.

Большую сложность представляет собой экстраполяция результатов эксперимента с животных на человека, что обусловлено в значительной мере различиями в размерах тела и связанными с этим различиями в максимумах поглощения энергии ЭМП.

Наряду с вопросами экстраполяции экспериментальных данных при переходе от порогов вредного действия к допустимым уровням важным является и установление коэффициента гигиенического запаса - для повышения надежности гигиенических нормативов.

При разработке международных нормативных документов, регламентирующих ПДУ ЭМП различных частотных диапазонов, основным источником репрезентативных данных являются опубликованные результаты различных исследований по изучению биологического действия ЭМП. При этом серьезное внимание уделяется критическому анализу имеющейся научной литературы. Согласно критериям Международной комиссии по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP) литература для анализа (обзора, рассмотрения) должна быть опубликована в определенных научных журналах.

В европейских и международных стандартах дается краткое описание принципов нормирования. В основе нормирования, принятого в зарубежных странах, лежат следующие положения. Под действием электромагнитного поля, в котором находится человек, в его теле возбуждается электрический ток. Полагают, что на частотах до 1 МГц этот ток оказывает непосредственное вредное воздействие на мышечные ткани, нервную систему и другие органы человека. По результатам медико-биологических исследований устанавливается предельно допустимая плотность тока в теле человека (The basic restrictions for current densities in the body). Сведения о том, как это конкретно делается, в доступной литературе отсутствуют. Полученные значения предельно допустимой плотности тока используются для расчета ПДУ параметров электромагнитного поля, которые подлежат контролю при обеспечении электромагнитной безопасности. На низких частотах (в частности, на частотах ниже 1 МГц) такими параметрами являются напряженности электрического и магнитного полей. Расчет ПДУ производится следующим образом. Решается задача о возбуждении тока в модели тела человека, помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле. В результате решения этой задачи находится связь между плотностью тока в теле человека и напряженностью внешнего электрического (магнитного) поля. Используя эту связь, по известному значению предельно допустимой плотности тока устанавливают предельно допустимые значения напряженности электрического (магнитного) поля. Следует особо подчеркнуть, что ПДУ устанавливаются для параметров именно внешнего электромагнитного поля, т.е. электромагнитного поля, которое существует в среде при отсутствии тела человека. Связь между ПДУ и предельно допустимой плотностью тока может быть установлена не только теоретически, но и экспериментально, если поместить манекен (фантом, модель человека), имеющий необходимые электрические параметры, во внешнее электрическое (магнитное) поле и измерять в разных точках манекена плотность тока.

На частотах выше 1 МГц полагают, что вредное воздействие на организм оказывает не непосредственно протекающий ток, а тепло, выделяемое при протекании тока в теле человека, характеристикой которого является количество энергии dW, выделенное в массе тела dm за интервал времени dt. Так как приращение выделенной энергии dW за интервал времени dt является мощностью, то вводят понятие поглощенной удельной мощности (ПУМ) электромагнитной энергии в единице массы dm (Specific Absorption Rate - SAR).

.                                                  (1.8)

ПУМ выражается в единицах ватт на килограмм (Вт/кг).

ПУМ может быть выражена через приращение температуры тела dT за время dt, если известна его теплоемкость c_i:

 │_{t = 0}                                                     (1.9)

Для электромагнитных величин

,                                                (1.10)

где ρ - плотность ткани тела объема dV, кг/м³;

E_i - среднее квадратическое значение напряженности электрического поля в ткани (В/м);

σ - удельная проводимость ткани тела См/м.

По результатам медико-биологических исследований устанавливаются предельные значения ПУМ. Далее на основе установленных значений ПУМ проводят расчет ПДУ параметров внешнего электромагнитного поля. Для этого, как и в случае частот ниже 1 МГц, решается задача о возбуждении тока в модели человека, помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле на частотах до 10 МГц или в поле плоской волны на частотах выше 10 МГц. В результате решения этой задачи находится распределение ПУМ в модели при заданных параметрах внешнего электромагнитного поля. После этого устанавливают предельно допустимые значения напряженности внешнего электрического (магнитного) поля или параметров падающей плоской электромагнитной волны. При этом на частотах выше 10 МГц может использоваться любой из параметров плоской электромагнитной волны: напряженность электрического поля, напряженность магнитного поля, плотность потока энергии.

Однако как в рекомендациях ICNIRP, так и в нормативных документах ряда зарубежных стран устанавливаются не значения ПДУ, а лишь значения так называемых «контрольных (контролируемых) уровней» (reference levels), которые, по сути, не являются нормативными в понимании, принятом у нас в стране.

Все это относится к ПДУ, которые считаются гигиеническими, так как они устанавливаются исходя из вредного воздействия электромагнитного поля на человека. Относительно недавно появились ПДУ параметров электромагнитного поля, возбуждаемого видеодисплейными терминалами (ВДТ), которые также используются при контроле для обеспечения электромагнитной безопасности при работе с ВДТ, но устанавливаются по-другому. Такие ПДУ можно назвать техническими, и устанавливались они следующим образом. Для серии ВДТ были произведены измерения параметров электромагнитного поля, найдены средние значения этих параметров и эти средние значения либо сами, либо умноженные на коэффициент, меньший единицы, были взяты в качестве ПДУ. Как правило, полученные таким образом технические ПДУ более чем на порядок меньше гигиенических ПДУ. Такой подход для нормирования параметров электромагнитного поля, возбуждаемого ВДТ, получил широкое распространение, хотя эти стандарты являются стандартами на технические параметры, а не гигиеническими.

С недавнего времени получил распространение и еще один принцип гигиенического нормирования ЭМП, в первую очередь МП промышленной частоты - предупредительный принцип (precautionary principle). Впервые предупредительный принцип в отношении МП ПЧ был сформулирован в 1996 г. в Швеции. Национальный институт защиты от излучений, Национальный совет по электробезопасности, Национальный совет по здоровью и безопасности населения, Национальный совет по здоровью и социальному обеспечению, Национальный совет по строительству и планированию разработали совместный документ ADI 478 о степени биологического действия МП ПЧ. В октябре 2001 г. он нашел отражение в информационном сообщении ВОЗ «Electromagnetic fields and public health. Extremely low frequency fields and cancer», предупреждающем о возможной канцерогенности крайне низкоинтенсивных МП ПЧ и рекомендующем всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.

1.3.2. Основные нормативные документы (НД) по санитарно-эпидемиологическому нормированию воздействий электромагнитных полей на население

Система НД по санитарно-эпидемиологическому нормированию внепроизводственных воздействий ЭМП включает в себя нормативы, устанавливающие предельно допустимые значения параметров электромагнитных воздействий на человека, принципы и методы контроля и обеспечения защиты. В России эта система включает в себя нормативные документы, утверждаемые Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации по рекомендации Федеральной комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Министерстве здравоохранения Российской Федерации: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН), гигиенические нормативы (ГН), предельно допустимые уровни (ПДУ), временные допустимые уровни (ВДУ). НД по электромагнитной безопасности населения приведены в списке литературы.

1.3.3. Санитарно-эпидемиологические нормативы для электромагнитных полей

Санитарно-эпидемиологические нормативы внепроизводственных воздействий ЭМП разработаны в нашей стране для отдельных диапазонов частот: электростатического поля, электрического и магнитного полей промышленной частоты (50 Гц); электромагнитного поля радиочастотного диапазона (30 кГц - 300 ГГц). Имеются также самостоятельные гигиенические нормативы для ЭМП от отдельных видов бытового оборудования: индукционных печей с диапазоном частот 20 - 22 кГц; СВЧ-печей с диапазоном частот 0,3 - 37,5 ГГц; ПЭВМ с диапазоном частот 5 Гц - 400 кГц и электростатическим потенциалом; средств сухопутной подвижной радиосвязи, включая сотовую связь с диапазоном частот 27 - 2400 МГц.

1.3.3.1. Санитарно-эпидемиологические нормативы для электростатического поля

Санитарно-эпидемиологическое нормирование внепроизводственных воздействий электростатических полей (ЭСП) осуществляется в соответствии с требованиями следующих нормативных документов: МСанПиН 001-96 «Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях»; СанПиН 2.1.2.1002-2000 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям»; СН 2158-80, «Санитарно-гигиенический контроль полимерных стройматериалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий». Согласно этим документам ПДУ ЭСП, устанавливаемых для товаров народного потребления, строительных и отделочных материалов, составляют 15 кВ/м (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Гигиенические нормативы воздействия электростатических полей на население России

Международной комиссией по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP) не предложено каких-либо регламентов внепроизводственных воздействий ЭСП. В то же время стандарт Европейского комитета CENELEC предлагает контролируемый уровень воздействия на население, равный 14 кВ/м, т.е. практически совпадающий с принятым в России.

1.3.3.2. Санитарно-эпидемиологические нормативы для электрического и магнитного полей промышленной частоты (50 Гц)

При санитарно-эпидемиологическом нормировании внепроизводственных воздействий электрических и магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) определяется напряженность ЭП и напряженность МП (магнитная индукция).

Нормирование ЭП частотой 50 Гц осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2971-84 «Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты»: МСанПиН 001-96 и СанПиН 2.1.2.1002-2000.

Причем, до недавнего времени регламентировались лишь уровни ЭП частоты 50 Гц, создаваемые воздушными линиями электропередачи напряжением 330 кВ и выше. При этом установленные ПДУ дифференцировались в зависимости от возможного времени пребывания населения - от 0,5 кВ/м внутри жилых зданий и сооружений и 1 кВ/м - на территории жилой застройки и до 20 кВ/м - в труднодоступной местности (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Гигиенические нормативы воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) на население России

В МСанПиН 001-96 были установлены нормы на ЭП частоты 50 Гц, создаваемые лишь товарами народного потребления. В разработанном недавно СанПиН 2.1.2.1002-2000 устанавливаемые ПДУ распространяются на ЭП в любых типах жилых помещений и на территориях жилой застройки, составляя 0,5 и 1 кВ/м, соответственно, вне зависимости от источника ЭП.

До недавнего времени в Российской Федерации отсутствовали гигиенические нормы на МП частоты 50 Гц. В настоящее время имеется временный норматив, указанный в СанПиН 2.1.2.1002-2000.

Предложены два нормативных значения для МП: внутри жилых помещений и на территории жилой застройки, которые составляют, соответственно, 10 и 50 мкТл. В настоящее время ведется работа по созданию научно обоснованных ПДУ МП для населения.

Установленные в России ПДУ для электрических и магнитных полей промышленной частоты значительно ниже предложенных Международными рекомендациями ICNIRP значений контролируемых уровней, которые составляют 5 кВ/м и 100 мкТл (80 А/м) соответственно.

Ряд европейских (и не только европейских) государств в настоящее время придерживаются рекомендаций, предложенных ICNIRP. Это Австрия, Германия, Чехия, Австралия и Новая Зеландия, Испания, Италия и др.

В то же время в ряде стран или регионов, исходя из «предупредительного принципа», были предложены более жесткие ограничения уровней ЭП и МП ПЧ. Основанием для этого послужили полученные в последние годы данные о возможности неблагоприятного (вплоть до канцерогенного) влияния на здоровье человека слабых МП ПЧ.

Так, в Италии в провинции Венеции в 1998 г. был принят региональный закон, устанавливающий в местах проживания населения предельный уровень ЭП ПЧ 0,5 кВ/м, а МП ПЧ 0,2 мТл. 23 декабря 1999 г. Федеральный совет Швейцарии принял декрет по защите населения от неионизирующих излучений, согласно которому установлено два типа ограничения уровней ЭМП ПЧ. Как базовые приняты «контролируемые уровни» в соответствии с ICNIRP. Кроме того, принимаются более жесткие ограничения для различных типов электроустановок, включающих в себя воздушные и подземные линии электропередачи напряжением более 1 кВ, трансформаторные подстанции, распределительные подстанции, распределительные устройства, железнодорожный транспорт и трамвай. Согласно этим ограничениям предельно допустимый уровень МП ПЧ в жилых зданиях, детских учреждениях, больницах и т.д. составляет 1 мкТл.

1.3.3.3. Санитарно-эпидемиологические нормативы для электромагнитного поля радиочастотного диапазона

Основными документами, регламентирующими внепроизводственные воздействия ЭМП в диапазоне частот 30 кГц - 300 ГГц, являются СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов», МСанПиН 001-96 и СанПиН 2.1.2.1002-2000.

Дополнительно регламентируются уровни ЭМП, генерируемые отдельными источниками:

индукционными печами - в диапазоне 20 - 22 кГц (в соответствии с СН 2550-82 «Предельно допустимые нормы напряженности электромагнитного поля, создаваемого индукционными бытовыми печами, работающими на частоте 20 - 22 кГц»;

СВЧ-печами - в диапазоне частот 0,3 - 37,7 ГГц (в соответствии с СН 2666-83 «Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами»);

персональными ЭВМ - в диапазоне частот 5 Гц - 400 кГц (в соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»);

средствами сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне частот 27 - 2400 МГц (в соответствии с СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи»).

Согласно требованиям СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 устанавливаются ПДУ напряженности электрического поля для диапазона частот 30 кГц - 300 МГц и ПДУ плотности потока энергии (ППЭ) для диапазона частот 300 МГц - 300 ГГц. ПДУ различаются для разных частотных диапазонов и составляют: 25 В/м - для диапазона 30 кГц - 300 кГц; 15 В/м - для диапазона 0,3 - 3,0 МГц; 10 В/м - для диапазона 3 - 30 МГц, 3 В/м - для диапазона 30 - 300 МГц и 10 мкВт/см² - для диапазона 300 МГц - 300 ГГц (табл. 1.4). В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора и сканирования, ПДУ составляет 25 мкВт/см². Дополнительно СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 и СанПиН 2.1.2.1002-2000 устанавливают нормы на интенсивности ЭМП, создаваемых радиолокационными станциями специального назначения; принципы определения ПДУ при облучении от нескольких источников ЭМП; требования к источникам ЭМП радиочастотного диапазона и требования к размещению передающих радиотехнических объектов (условия согласования, определения границ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки).

Национальные стандарты зарубежных стран и международные рекомендации устанавливают в одних случаях единые значения ПДУ для персонала и населения (например, Германия), в других - дифференцированные (Канада, Великобритания, ICNIRP). Дифференцируемый подход применяется и для контролируемых уровней ЭМП (США, Австралия, CENELEC).

В международных рекомендациях ICNIRP и CENELEC, а также в разработанных недавно гигиенических нормах в Польше регламентированы максимальные уровни ЭМП.

Таблица 1.4

Гигиенические нормативы воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона (ЭМП РЧ) на население России

Как уже отмечалось ранее, в рекомендациях ICNIRP указываются не собственно ПДУ, а «основные ограничения» и «контролируемые уровни» (табл. 1.5). Причем «основные ограничения» уровней воздействия ЭМП на население определяются простым пересчетом из соответствующих величин для условий производственных воздействий с дополнительным коэффициентом гигиенического запаса, равным 5, а «контролируемые уровни» пересчитываются из этих значений, составляя в итоге величины в 2 - 5 раз меньшие, чем для условий производственных воздействий. Нормативы ICNIRP не относятся ни к стандартам, регламентирующим выпуск продукции, ни к руководствам по медицинскому оборудованию, ни к документам, устанавливающим требования к измерительной технике для определения контролируемых уровней или защитным мероприятиям.

Таблица 1.5

Контролируемые уровни производственных воздействий переменных электрических и магнитных полей (средние квадратические значения внешнего поля)

Как уже упоминалось выше, в России устанавливаются требования к параметрам ЭМП, создаваемых ВДТ, в соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Контролируемые уровни воздействия электромагнитных полей, создаваемых видеодисплейными терминалами и персональными электронно-вычислительными машинами

Согласно требованиям СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи», гигиеническое нормирование уровней ЭМП, создаваемых базовыми станциями и радиотелефонами, осуществляется в диапазоне частот 27 - 2400 МГц. ПДУ воздействия на население ЭМП от базовых станций не отличается от значений, указанных в СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Гигиенические нормативы воздействия электромагнитных полей, создаваемых средствами сухопутной подвижной радиосвязи, на население России

В европейском стандарте ENV 50166-2 ограничение уровней ЭМП от мобильных телефонов основано на концепции определения удельной поглощенной мощности в антропоморфном фантоме головы человека. ПДУ устанавливаются дифференцированно в зависимости от частоты, исходя из величины ПУМ, равной 2 Вт/кг, по величинам напряженности электрического и магнитного полей и ППЭ. Вследствие этого, ПДУ на частоте 450 МГц равен 225 мкВт/см² (29,2 В/м и 0,08 А/м); на частоте 900 МГц - 450 мкВт/см² (45,0 В/м и 0,11 А/м) и на частоте 1800 МГц - 900 мкВт/см² (60,0 В/м и 0,15 А/м) соответственно. ПУМ для массы 10 г усредняется в течение шести минут.

1.4. Контроль уровней электромагнитных полей

1.4.1. Требования к проведению контроля уровней

Для контроля уровней ЭМП, создаваемых различными источниками, используются расчетные и инструментальные методы.

Расчетные методы применяются преимущественно при проектировании новых или реконструкции действующих объектов. Для действующих источников контроль уровней ЭМП осуществляется с помощью инструментальных измерений.

Разработан ряд методических указаний, позволяющих регламентировать процедуру контроля уровней ЭМП, создаваемых различными источниками. Однако, эти документы не охватывают все необходимые случаи определения степени воздействия ЭМП различных частотных диапазонов на население.

«Методические указания по определению электромагнитного поля воздушных высоковольтных линий электропередачи и гигиенические требования к их размещению» № 4109-86 определяют как размеры санитарно-защитных зон воздушных линий электропередачи напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ, так и рекомендации по проведению инструментальных измерений в пределах санитарно-защитной зоны. Для контроля уровней ЭП частоты 50 Гц, создаваемых другими источниками, методические указания не разработаны. Имеются лишь отдельные рекомендации по принципам контроля в соответствующих нормативных документах. Однако, приведенные в СанПиН 2.1.2.1002-2000 принципы контроля уровней ЭП и МП частоты 50 Гц в местах проживания населения и в зоне жилой застройки представлены не корректно, вследствие чего в ближайшее время этот документ должен быть пересмотрен.

Для контроля уровней ЭМП радиочастотного диапазона от индукционных печей в диапазоне 20 - 22 кГц в СН 2550-82 указаны расстояния контроля 30 см.

Для контроля уровней ЭМП от СВЧ-печей в диапазоне 0,3 - 37,5 ГГц в СН 2666-83 указаны расстояния контроля 50 ± 5 см.

В СанПиН 2.1.8./2.2.4.1383-03 содержатся общие принципы контроля уровней ЭМП радиочастотного диапазона. Для обеспечения частных требований по контролю уровней ЭМП от определенных источников разработана серия методических указаний (МУК). ПДУ в них определяются методом расчета.

МУК 4.3.044-96 «Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов»;

МУК 4.3.1677-03 «Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи»;

МУК 4.3.678-97 «Определение уровней напряжений, наведенных электромагнитными полями на проводящие элементы зданий и сооружений в зоне действия мощных источников радиоизлучений»;

МУК 4.3.679-97 «Определение уровней магнитного поля в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов»;

МУК 4.3.1676-03 «Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи».

Расчетные методы чаще всего находят применение при определении границ санитарно-защитных зон, зон ограничения застройки радиопередающих объектов, что является важным для составления санитарно-эпидемиологического заключения на объект.

Контроль уровней ЭМП в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, предотвращения поступления на потребительский рынок страны опасной для человека продукции (согласно Приказу Министерства здравоохранения Российской Федерации № 325 от 15.08.2001 г.) предусматривает также обязательную санитарно-эпидемиологическую экспертизу продукции, являющейся источником ЭМП.

1.4.2. Методы и приборы измерений характеристик электромагнитного поля

1.4.2.1. Напряженность электрического поля

Наиболее распространенным методом измерения параметров электрического поля является метод, в основе которого лежит свойство проводящего тела, помещенного в электрическое поле. Если поместить в электрическое поле незаряженное проводящее тело, то под действием электрического поля произойдет перераспределение электрических зарядов в теле и на его поверхности таким образом, что напряженность электрического поля в теле и касательная составляющая напряженности на его поверхности обратятся в нуль. При этом, кроме внешнего (падающего) поля, которое существовало в пространстве до внесения в него проводящего тела, появится электрическое поле, возбуждаемое зарядами на теле (рассеянное электрическое поле). Именно напряженность полного (суммарного, т.е. равного сумме внешнего и рассеянного) электрического поля в теле и касательная составляющая на поверхности должны равняться нулю. Равенство нулю касательной составляющей напряженности суммарного электрического поля на поверхности тела и напряженности суммарного электрического поля в теле означает, что потенциал суммарного электрического поля во всех точках тела одинаков. Этот потенциал называется потенциалом проводящего тела. Он равен потенциалу внешнего электрического поля в некоторой точке проводящего тела. Если проводящее тело находится в однородном электрическом поле, то эта точка совпадает с центром электрических зарядов тела (понятие центра электрических зарядов аналогично понятию центра масс в механике). Положение центра электрических зарядов зависит только от формы тела, и для тел, имеющих центр симметрии (шар, куб, цилиндр), совпадает с центром симметрии. Это значит, что потенциал проводящего шара (куба, цилиндра), помещенного в однородное электрическое поле, равен потенциалу внешнего электрического поля в центре шара (куба, цилиндра).

Если в однородное электрическое поле поместить два проводящих тела, то возникнет разность потенциалов, равная разности потенциалов внешнего электрического поля между центрами электрических зарядов тел. Эта разность потенциалов U связана с модулем напряженности внешнего электрического поля Е₀ соотношением

U = L E₀ cosθ,                                                        (1.11)

где L - расстояние между центрами электрических зарядов, θ - угол между вектором напряженности внешнего электрического поля и прямой, соединяющей центры электрических зарядов. Приведенное соотношение лежит в основе измерения напряженности электрического поля, так как связывает разность потенциалов U между двумя проводящими телами, которая может быть измерена, с модулем напряженности внешнего электрического поля. Все сказанное выше относится как к постоянному, так и переменному электрическим полям при условии, что в случае переменного электрического поля размеры системы, состоящей из проводящих тел, малы по сравнению с длиной волны.

Модуль напряженности постоянного электрического (электростатического) поля

Формально для измерения модуля напряженности постоянного электрического поля можно использовать описанный выше принцип и использовать соотношение (1.12), измеряя вольтметром постоянного тока с большим входным сопротивлением напряжение U между проводящими телами, образующими первичный преобразователь. Однако из-за конечного входного сопротивления вольтметра между проводящими телами будет протекать ток. В результате протекания тока тела будут заряжаться, а разность потенциалов между телами будет уменьшаться. При этом показания вольтметра будут меняться. Формула применима при бесконечно большом входном сопротивлении вольтметра. Чтобы избежать этого, первичный преобразователь приводят во вращение, тем самым, изменяя во времени угол θ. Если угловая скорость вращения первичного преобразователя ω, то получаем

U = L E₀ cosωt.                                                            (1.12)

Таким образом, на выходе первичного преобразователя (между проводящими телами) будет действовать переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна модулю напряженности внешнего электростатического поля. Измерение U позволяет найти модуль напряженности внешнего электростатического поля.

Существуют различные варианты описанного метода измерения модуля напряженности электростатического поля. Например, можно вращать первичный преобразователь вокруг его центра симметрии, а можно использовать несимметричный преобразователь, оставляя при вращении одно из проводящих тел неподвижным. Наконец, можно оставить оба тела неподвижными, а вращать дополнительное третье тело, которое периодически экранирует первичный преобразователь.

Среднее квадратическое значение напряженности переменного электрического поля

При измерении напряженности переменного электрического поля в качестве первичного преобразователя, как правило, используется дипольная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. Дипольная антенна состоит из двух одинаковых, симметрично расположенных и изолированных друг от друга металлических тел. Это могут быть, например, два соосных цилиндра (цилиндрическая антенна), два соосных конуса, обращенных вершинами друг к другу (биконическая антенна), две тонкие металлические полоски на диэлектрическом основании, две параллельные пластины (конденсаторная антенна) и т.д. Дипольная антенна имеет ось симметрии, например, общую ось цилиндров у цилиндрической антенны или общую ось конусов у биконической антенны. Эта ось называется осью дипольной антенны.

Если поместить дипольную антенну в однородное электрическое поле, то между элементами, образующими дипольную антенну (цилиндрами, конусами и т.д.), возникнет переменное напряжение, мгновенное значение которого будет пропорционально проекции мгновенного значения напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения даст величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. Здесь речь идет о внешнем электрическом поле, т.е. об электрическом поле, которое существовало в пространстве, до внесения в него дипольной антенны. Таким образом, основными элементами измерителя электрического поля (измерителя среднего квадратического значения напряженности переменного электрического поля) являются дипольная антенна и средний квадратический вольтметр.

1.4.2.2. Напряженность (индукция) магнитного поля

Модуль напряженности постоянного магнитного поля

Существует несколько типов измерительных преобразователей постоянного магнитного поля, основанных на различных физических явлениях. Однако, в диапазоне значений напряженности магнитного поля, принятом для измерения на соответствие санитарным нормам, обычно используются преобразователи, основанные на эффекте Холла. Их широкое распространение связано отчасти с тем, что они используются не только для измерения постоянного магнитного поля, но и позволяют измерять низкочастотное переменное поле.

Эффект Холла относится к гальваномагнитным явлениям, под которыми понимают ряд вторичных эффектов, возникающих при помещении проводника или полупроводника с током в магнитное поле. К ним относятся: возникновение разности потенциалов (эдс.), изменение электрического сопротивления проводника, возникновение разности температур.

Эффект Холла проявляется, если к паре противоположных граней прямоугольной пластины из полупроводника приложить напряжение, вызывающее постоянный ток. Под действием вектора индукции, перпендикулярного пластине, на движущиеся носители заряда будет действовать сила, перпендикулярная вектору плотности постоянного тока. Следствием этого будет возникновение разности потенциалов между другой парой граней пластины. Эту разность потенциалов называют эдс. Холла. Ее величина пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярной пластине, толщине пластины и постоянной Холла, которая является характеристикой полупроводника. Таким образом, зная коэффициент пропорциональности между эдс. и магнитной индукцией и измеряя эдс., определяют значение магнитной индукции.

Среднее квадратическое значение напряженности переменного магнитного поля

В качестве первичного преобразователя используется рамочная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. Под действием переменного магнитного поля на выходе рамочной антенны возникает переменное напряжение, мгновенное значение которого пропорционально проекции мгновенного значения напряженности магнитного поля на ось, перпендикулярную плоскости рамочной антенны и проходящую через ее центр. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения дает величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности магнитного поля на ось рамочной антенны.

1.4.2.3. Плотность потока энергии электромагнитного поля

На частотах до нескольких десятков гигогерц плотность потока энергии измеряется в уже сформировавшейся электромагнитной волне, структура которой близка к структуре плоской волны. В этом случае плотность потока энергии связана с напряженностью электрического или магнитного поля. Поэтому для измерения плотности потока энергии используются фактически измерители среднего квадратического значения напряженности электрического или магнитного полей, которые отградуированы в единицах плотности потока энергии электромагнитного поля.

Перечень рабочих средств измерений, применяемых для контроля параметров электромагнитного поля, приведен в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Рабочие средства измерений, применяемые для контроля параметров электромагнитного поля

1.4.3. Особенности контроля уровней ЭМП, создаваемых системами сотовой связи

Как уже указывалось выше, одним из сложных вопросов обеспечения электромагнитной безопасности населения на современном этапе является контроль уровней ЭМП, создаваемых системами сотовой связи.

1.4.3.1. Физические основы функционирования систем сотовой связи

Идея сотовых сетей, принадлежащая компании Bell System, привела в конце 40-х годов к созданию новой модели подвижной радиосвязи. Вместо использовавшейся ранее «радиовещательной модели» с передатчиком большой мощности, расположенным на возвышении и передающим радиосигналы в зоне большой площади, новая модель требовала множества менее мощных передатчиков, причем каждый из них специально предназначался для обслуживания только небольшой зоны, названной сотой (cell). Например, большой город с единственным мощным передатчиком мог быть разделен на множество небольших сот, каждая из которых оборудована одним маломощным передатчиком (рис. 1.5).

Весьма важными особенностями «сотовой архитектуры», с точки зрения электромагнитной безопасности населения, является использование передатчиков небольшой мощности. В этом главное отличие сотовой радиосвязи от традиционной.

В соответствии с международными рекомендациями, касающимися использования подвижной связи в диапазоне частот 862 - 960 МГц, стандарты GSM на цифровую глобальную сотовую систему наземной подвижной связи предусматривают работу передатчиков мобильных подвижных станций (радиотелефонов) в двух диапазонах частот: 890 - 915 МГц, и 935 - 960 МГц (для передатчиков базовых станций). В настоящее время в стадии освоения находится диапазон частот от 1710 до 1880 МГц.

Физическая связь между мобильной (МС) и базовой (БС) станциями осуществляется путем приема и передачи радиочастотного пакета, форма маски сигнала огибающей которого (допустимых пределов по амплитуде и временному интервалу) приведена на рис. 1.6, а.

Рис. 1.5. Схема сотовой связи в городской зоне

Рис. 1.6:

а - маска огибающей радиочастотного пакета; б - информационная часть радиочастотного пакета

Информационная часть радиочастотного пакета сосредоточена в области плоской части маски, находящейся между значениями минус 0,5 и 0 дБ. Передача информации осуществляется путем частотной модуляции несущей радиочастотного пакета, соответствующей цифровому сигналу (рис. 1.6, б).

Передатчики МС и БС характеризуются выходной мощностью, которая подается на антенну. Так как в сотовых системах связи используются одни и те же типы антенн, мощность на входе антенны однозначно связана с напряженностью электрического поля или плотностью потока энергии электромагнитного поля в дальней зоне. Поэтому мощность передатчика является параметром электромагнитной безопасности, использующимся в стандартах сотовой системы связи.

Термин выходная мощность в стандартах GSM относится к мощности, которая усредняется по информационной части радиочастотного пакета.

Термин пиковая мощность (ПМ) относится к максимальной мощности сигнала за время, достаточное для захвата сигнала и его измерения.

Термин выходная мощность крайне неудачен, так как не соответствует своему определению, что приводит к путанице. По существу, это среднее значение пиковой мощности за время длительности информационной части радиочастотного пакета. Поэтому далее он заменен термином средняя пиковая мощность (СПМ).

Классы мощности и соответствующие им значения СПМ приведены в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Классы мощности и соответствующие им значения средней пиковой мощности

1.4.3.2. Определение параметров электромагнитной безопасности базовых станций

При эксплуатационных испытаниях базовых станций (БС) контролируют следующие параметры: среднюю мощность передатчика в режиме генерации несущей радиочастотного пакета, которая совпадает с СПМ; центральную частоту спектра излучения; ширину необходимой полосы излучений; уровни внеполосных излучений. Измеренные значения параметров излучений радиопередающих устройств БС должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50016-92, ГОСТ Р 50657-94 и эксплуатационной документации.

При санитарно-эпидемиологической оценке электромагнитной безопасности населения контролируется плотность потока энергии ЭМП.

В связи с тем, что передатчик БС работает в режиме, близком к непрерывной генерации (радиочастотные пакеты повторяются часто), при контроле ПДУ ЭМП используется измеритель средних квадратических значений напряженности электрического поля или измеритель средней плотности потока энергии, что соответствует гигиеническим требованиям.

1.4.3.3. Определение параметров электромагнитной безопасности МС в соответствии со стандартами связи GSM

Нормируемым параметром, определяющим одну из главных характеристик уровня ЭМП, создаваемого МС, является СПМ в режиме передачи сообщений. Для МС со встроенной антенной ее определяют через напряженность электрического поля в дальней зоне излучения МС. МС с встроенной антенной относятся к 5-му классу мощности.

Для проведения измерений электромагнитного поля МС необходимо обеспечить определенные режимы ее функционирования, которые в процессе эксплуатации задаются как системой сотовой связи через базовые станции, так и пользователем. Поэтому для установления соответствия МС требованиям стандартов сотовой связи GSM в состав испытательного оборудования обязательно должен входить имитатор (System Simulator), который при испытаниях МС заменяет БС и пользователя и обычно совмещается с приемником, для измерения ПМ.

Измерения напряженности электрического поля МС и определение СПМ производится следующим образом:

МС размещается в безэховой камере или на открытой испытательной площадке на изолированной подставке в положении, обеспечивающем нормальное функционирование.

Приемник с имитатором подключается к измерительной антенне, расположенной на расстоянии трех метров от МС. Имитатор подает вызов, по которому МС устанавливает режим работы с максимальной СПМ.

Измерение ПМ радиочастотного пакета МС, полученного с выхода антенны, осуществляется методом выборки. Приемник осуществляет захват пакета и проводит измерение значений ПМ сигнала в течение периода продолжительности радиочастотного пакета. Скорость сканирования приемника должна быть не менее 2/Т, где Т - один бит или период модуляции (3,69 мкс). Полученный массив содержит примерно 300 значений. Значения, которые соответствуют времени передачи информационной части радиочастотного пакета, усредняются и используются в качестве опорного уровня 0 дБ, соответствующего максимальной СПМ МС.

Полученный массив данных сравнивается с маской, приведенной на рис. 1.7, а. МС поворачивается на 360° (с шагом угла поворота 45°) и устанавливается в восьми положениях от 0 до 7. При этом в каждом положении МС устанавливается в режим работы с максимальной СПМ.

МС замещается полуволновой дипольной антенной, подключенной к измерительному генератору, резонансной на средней частоте диапазона, в котором осуществляется передача сигналов (902,5 МГц). Мощность измерительного генератора устанавливается такой, чтобы получить значения, соответствующие опорному уровню 0 дБ, измеренному на выходе антенны имитатором в восьми положениях МС. Эта операция повторяется на пяти частотах, соответствующих каналам передачи с 60 по 65. Образуется матрица 8´5, у которой значения, указанные в столбцах, соответствуют положениям МС при вращении, а в строках - частоте (номеру канала). Для каждого канала вычисляется средняя выходная мощность генератора Р_ас, подводимая к полуволновой дипольной антенне, по восьми устанавливаемым мощностям Р_пс при различных положениях МС

.

Далее используется соотношение, связывающее мощность в передающей антенне Р и напряженность электрического поля Е в дальней зоне излучателя,

,

где G - коэффициент направленного действия антенны (КНД); k = 2p/λ - постоянная распространения в свободном пространстве; λ - длина волны; r - расстояние до точки наблюдения.

Так как используется метод замещения, напряженности электрического поля, создаваемые МС и полуволновой дипольной антенной, одинаковы в месте расположения приемной антенны. Между мощностью, подведенной к полуволновой антенне (Р_ас), мощностью, подведенной к антенне, встроенной в МС (Р_мс), КНД дипольной антенны (G_a) и КНД антенны МС (G_м) существует связь Р_мс G_м = Р_ас G_a, по которой определяется мощность МС.

Для значений мощности, усредненной по каналам, получаем соотношение:

Р_м (относительно 1 мВт) = Р_а (относительно 1 Вт) + 30 + 2,15 дБ.

В этом соотношении предполагается, что КНД антенны МС равен единице (КНД выраженный в дБ, равен нулю), что соответствует изотропному источнику излучения. КНД полуволновой дипольной антенны, выраженный в дБ, равен 2,15.

Погрешность определения СПМ МС должна находиться в пределах ± 3 дБ.

1.4.3.4. Определение параметров электромагнитной безопасности МС в соответствии с европейскими стандартами EN

Разработан проект европейского стандарта EN 50361. Базовый стандарт по измерениям поглощенной удельной мощности (ПУМ) при облучении человека электромагнитными полями мобильных телефонов (300 МГц - 3 ГГц). Этот стандарт распространяется на любые передатчики МС в диапазоне частот от 300 МГц до 3 ГГц, у которых излучающая часть располагается в непосредственной близости от уха человека, включая переносные телефоны и т.д. Стандарт EN 50361 определяет методы и средства испытаний для измерения ПУМ.

,

где dP - электромагнитная мощность (для МС - СПМ), поглощенная в массе dm; σ - удельная проводимость среды (в данном случае - тканей тела человека); ρ - плотность среды (ткани); Е_i - среднее квадратическое значение напряженности электрического поля (для МС - за время информативной части радиочастотного пакета).

Измерения должны проводиться с помощью миниатюрного преобразователя, для определения распределения напряженности электрического поля внутри фантома, моделирующего голову человека, помещенного в ЭМП МС. Преобразователь устанавливается с помощью автоматической системы позиционирования. По измеренным значениям напряженности электрического поля рассчитываются распределение ПУМ и его среднее значение для максимальной массы. При измерении ПУМ должны выполняться следующие условия:

окружающая температура может быть установлена в пределах (15 - 30) °С с допустимым отклонением от установленного значения за время измерения ± 2 °С;

МС не должна взаимодействовать с локальной сетью связи;

должно быть устранено влияние посторонних источников радиочастотного излучения на результаты измерений;

должно быть устранено влияние искажений ЭМП МТ за счет окружающих предметов (пол, позиционер и т.д.);

проведение градуировки измерительной системы - не реже одного раза в год;

по размерам и форме фантом должен походить на голову и шею человека, так как форма является одним из основных параметров, влияющих на риск облучения;

свойства материалов, из которых изготовляется фантом, должны быть близки к свойствам тканей головы;

фантом должен служить сосудом для жидкости и позволять проводить сканирование электрического поля внутри него;

фантом не должен содержать лишних частей, например, рук.

Форма и размеры фантома должны быть основаны на антропометрических данных. Фантом должен иметь плоское ухо для МС.

Оболочка должна быть изготовлена из диэлектрического материала, тангенс угла потерь которого удовлетворяет требованиям: tgδ £ 0,05; │ε_r│ £ 5. Допуск на толщину оболочки в области установки МС должен находиться в пределах ± 2 мм.

Диэлектрические свойства жидкости фантома должны быть близки к диэлектрическим свойствам тканей человека и определяться выражениями:

ε_r = 46,52 - 0,006 f + 1,59·10^-6 f² - 1,40·10^-10f³,

σ = 0,8054 + 0,00015 f + 4,12·10^-8 f² + 2,87·10^-11 f³,

где ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость;

σ - удельная проводимость жидкости, См/м;

f - частота, МГц.

В обязательном приложении D к стандарту EN 50361, посвященному процедуре аттестации (validation) измерительной системы, рекомендуемой для измерения ПУМ от МС, кроме технических подробностей приведены и некоторые организационные аспекты, которые могут дать представление как о точности определения ПУМ, так и системе испытаний МС:

передаваемые для испытаний образцы МС должны быть представлены трем институтам, уполномоченным национальными комитетами;

каждая МС испытывается индивидуально производителем, для того чтобы ее СПМ находилась в пределах ± 0,3 дБ от требуемой величины и в том же диапазоне, что и измеренная в безэховой камере;

институтам также предоставляется оборудование для контроля частоты и СПМ МС;

при оценке погрешности измерительной системы должно проводиться сравнение с контрольными значениями ПУМ. Контрольные значения ПУМ определяются путем межлабораторных сличений и поступают от институтов, указанных выше.

Если расхождения между измеренными и контрольными значениями превышают ± 15 % (± 0,5 дБ), то проводится переаттестация системы.

1.4.3.5. Сравнение методов определения параметров электромагнитной безопасности МС в стандартах GSM u EN

Сравним основные положения методов определения параметров МС с встроенной антенной, связанных с электромагнитной безопасностью, которые доступны для потребителя и изложены в стандартах сотовой связи GSM, с методами определения, изложенными в стандартах EN.

1. Параметрами, подлежащими определению в результате измерений, являются СПМ радиочастотного пакета (GSM) и (ПУМ) в тканях человека или фантоме (EN).

2. СПМ и ПУМ являются расчетными величинами, измеряемой величиной является напряженность электрического поля.

3. Измерения проводятся в безэховой камере (GSM) и в проводящей среде внутри фантома (EN).

4. СПМ определяется по измерениям в дальней зоне МС (GSM), ПУМ - в ближней зоне МС (EN).

5. Измерения проводятся при максимальной СПМ МС в установившемся режиме связи (EN), задаваемой с помощью имитатора.

6. Ответственность за достоверность определения параметров, связанных с электромагнитной безопасностью, несет производитель (GSM) и уполномоченные институты (EN), которые, кроме средств испытаний МС, используемых производителем, оснащены специфическими средствами испытаний (фантомами, позиционерами, изотропными преобразователями напряженности электрического поля для измерений в проводящей среде).

7. Точность относительных измерений СПМ у производителя характеризуется пределами допускаемой погрешности ± 0,25 дБ (рис. 1.6, а), абсолютных измерений - ± 3,0 дБ. Точность относительных измерений в уполномоченных институтах составляет ± 0,6 дБ, а абсолютных измерений параметра ПУМ в диапазоне значений от 0,4 до 10 Вт/кг - ± 30 % (1,14 дБ). Таким образом, отношение абсолютных и относительных погрешностей измерений, выраженных в процентах, у производителя равно 16,8, а у институтов - 2. Если отношение, полученное производителем, верно, то пределы погрешности абсолютных измерений ПУМ должны оцениваться величиной не менее чем ± 5,5 дБ. В связи с этим оценка погрешности измерения ПУМ, приведенная в EN, выглядит недостоверной.

1.4.3.6. Нормирование ЭМП МС (далее - подвижные станции) в России

В СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» установлена процедура контроля уровней ЭМП от МС. Контроль уровней напряженности электрического поля и ППЭ ЭМП, создаваемых подвижными станциями, осуществляется при выдаче санитарно-эпидемиологического заключения на продукцию.

Измерения уровней напряженности электрического поля и ППЭ ЭМП, создаваемых подвижными станциями, должны проводиться в условиях, позволяющих стабильно обеспечивать максимальный уровень излучения ЭМП от подвижной станции.

При санитарно-эпидемиологической экспертизе мобильных станций сухопутной радиосвязи осуществляется:

1. Оценка уровней напряженности ЭМП, создаваемых подвижными станциями в диапазоне частот 27 - 30 МГц, которая производится при измерении контролируемых уровней на расстоянии 0,38 м от аппарата. При этом контролируемый уровень напряженности электрического поля не должен превышать 1,5 В/м.

2. Оценка уровней напряженности ЭМП, создаваемых подвижными станциями в диапазоне частот ³ 30 - 300 МГц, которая производится при измерении контролируемых уровней на расстояниях от аппарата, указанных в табл. 1.10. При этом контролируемый уровень напряженности электрического поля не должен превышать 1,5 В/м.

3. Оценка уровней ППЭ ЭМП от аппаратов подвижной связи (в диапазоне частот ³ 300 - 2400 МГц) по измерениям на расстояниях, соответствующих зоне сформированного поля, с обратным пересчетом в величины ближней зоны.

Таблица 1.10

Расстояния, на которых следует проводить измерения напряженности ЭМП от подвижных станций, работающих в диапазоне частот ³ 30 - 300 МГц

4. Измерение контролируемых уровней ППЭ ЭМП от подвижной станции, работающей в диапазоне частот ³ 300 - 2400 МГц:

для диапазона частот ³ 300 - 800 МГц - на расстояниях от передней панели аппарата, представленных на рис. 1.7 (в том числе, на частоте 450 МГц - на расстоянии 620 мм);

Для диапазона частот ³ 800 МГц - 2400 МГц - на расстоянии 370 мм.

5. При этом контролируемый уровень ППЭ ЭМП в диапазоне частот ³ 300 МГц - 2400 МГц не должен превышать 3 мкВт/см².

Рис. 1.7. Расстояния, на которых следует проводить измерения ППЭ ЭМП от подвижных станций, работающих в диапазоне частот ³ 300 - 800 МГц

В заключение авторы отмечают, что проблема электромагнитной безопасности пользователей МС находится в стадии исследований. Это связано с тем, что механизмы воздействия на человека электромагнитного поля радиочастотных пакетов, на которых основана сотовая связь GSM, недостаточно изучены.

Однако, при определении параметров электромагнитной безопасности наиболее распространенных МС со встроенной антенной (радиотелефонов), измеряемой является напряженность электрического поля радиочастотного пакета. Через нее определяются СПМ и ПУМ. Чем меньше значение напряженности поля, создаваемого радиотелефоном, тем эти величины меньше и меньше фактор риска.

В настоящее время пользователям радиотелефонов авторы могут рекомендовать, чтобы:

1) при покупке радиотелефона обращали внимание на значение параметра «выходная мощность». (Чем оно меньше, тем меньше фактор риска от воздействия ЭМП);

2) при наборе вызываемого номера или при автоматическом наборе номера не держали радиотелефон у головы, так как в этом режиме он создает уровень ЭМП в несколько раз превышающий уровень ЭМП в режиме установившейся связи;

3) пользовались радиотелефоном только в необходимых случаях.

1.5. Метрологическое обеспечение измерений параметров электромагнитного поля

Согласно Закону Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» измерения, проводимые на соответствие требованиям нормативных документов по электромагнитной безопасности, относятся к сфере государственного метрологического контроля и надзора. Это означает, что используемые при этих измерениях средства измерений должны пройти испытания для целей утверждения типа, внесены в Государственный реестр, т.е. должны иметь сертификат об утверждении типа средств измерений и, наконец, должны быть поверены согласно утвержденной методике поверки на соответствующем рабочем эталоне. Рабочий эталон является источником эталонного поля или эталонным измерителем электрического или магнитного поля, который, в свою очередь, должен быть поверен в соответствии с одной из поверочных схем, приведенных в ГОСТ 8.030-91, ГОСТ 8.097-73, ГОСТ 8.560-94, ГОСТ Р 8.564-98, ГОСТ Р 8.574-2000. В перечисленных стандартах указаны следующие государственные эталоны.

Государственный первичный эталон единиц магнитной индукции постоянного поля, постоянного магнитного потока, отношения магнитной индукции переменного поля к силе тока и отношения магнитного потока к магнитной индукции;

Государственный специальный эталон единицы напряженности магнитного поля в диапазоне частот 0,01 - 30 МГц; Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц; Государственный специальный эталон единицы электрической емкости в диапазоне частот от 1 до 100 МГц;

Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 78 ГГц. Поверка измерителей напряженности электрического и магнитного полей (магнитной индукции) проводится методом прямых измерений напряженности эталонного электрического или магнитного поля (магнитной индукции), воспроизводимого в рабочем эталоне, либо непосредственным сличением с эталонными измерителями. В методике поверки конкретного измерителя указываются значения напряженности электрического или магнитного поля (магнитной индукции) и частоты, при которых должны проводиться эти измерения. Результат поверки считается положительным, если во всех поверяемых точках модуль разности между измеренным и установленным значениями - не более погрешности измерителя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 1

1. Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

2. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений».

3. ГОСТ 8.030-91. ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции постоянного поля в диапазоне 1·10^-12 + 5·10^-2 Тл, постоянного магнитного потока, магнитной индукции и магнитного момента в интервале частот 0 - 20000 Гц.

4. ГОСТ 8.097-73. ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений напряженности магнитного поля в диапазоне частот от 0,01 до 300 МГц.

5. ГОСТ 8.560-94. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений напряженности электрического поля в диапазоне частот 0,0003 - 1000 МГц.

6. ГОСТ Р 8.564-98. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений электрической емкости в диапазоне частот от 1 до 100 МГц.

7. ГОСТ Р 8.574-2000. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот 0,3 - 178,4 ГГц.

8. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов.

9. СанПиН 2.1.2.1002-2000. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.

10. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.

11. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи.

12. МСанПиН 001-96. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях.

13. МУК 4.3.044-96. Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов.

14. МУК 4.3.1676-03. Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи.

15. МУК 4.3.1677-03. Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи.

16. МУК 4.3.678-97. Определение уровней напряжений, наведенных электромагнитными полями на проводящие элементы зданий и сооружений в зоне действия мощных источников радиоизлучений.

17. МУК 4.3.679-97. Определение уровней магнитного поля в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов.

18. МУК 4.3.1067-02. Определение плотности потока энергии в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц.

19. Методические указания по определению электромагнитного поля воздушных высоковольтных линий электропередачи и гигиенические требования к их размещению. № 4109-86.

20. СН 2550-82. Предельно допустимые нормы напряженности электромагнитного поля, создаваемого индукционными бытовыми печами, работающими на частоте 20 - 22 кГц.

21. СН 2666-83. Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами.

22. СН 2158-80. Санитарно-гигиенический контроль полимерных стройматериалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий.

23. СНиП 2971-84. Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты.

24. Радиационная медицина: Руководство для врачей-исследователей и организаторов здравоохранения. - Т. IV. Гигиенические проблемы неионизирующих излучений / Под общ. ред. Л.А. Ильина - М.: ИздАТ, 1999.

25. Григорьев Ю.Г., Степанов B.C., Григорьев О.А., Меркулов А.В. Электромагнитная безопасность человека. - М.: Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999.

26. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: «ЭКО-ТРЕНДЗ», 1998.

27. Измеров Н.Ф., Пальцев Ю.П., Суворов Г.А., Тарасова Л.А., Никонова К.В., Рубцова Н.Б., Походзей Л.В., Левина А.В. Неионизирующие электромагнитные излучения и поля: Руководство «Физические факторы. Эколого-гигиеническая оценка и контроль». -Т. 1. - М.: Медицина, 1999. - С. 8 - 95.

28. Никонова К.В., Савин Б.М. Гигиеническое обоснование подходов к нормированию радиоволн//Методологические вопросы гигиенического нормирования электромагнитных излучений радиочастотного диапазона: Сб. научн. тр. - М.: НИИ ГТиПЗ АМН СССР, 1979. - С. 43 - 59.

29. Никольский В.В.. Теория электромагнитного поля. - М.: Изд-во «Высшая школа», 1964.

30. Савин Б.М. Проблема гигиенического нормирования электромагнитных излучений радиочастотного диапазона на современном этапе//В кн. «Методологические вопросы гигиенического нормирования ЭМИ радиочастотного диапазона». - М. - НИИ ГТиПЗ АМН СССР, 1979.

31. Суворов Г.А., Пальцев Ю.П., Хунданов Л.Л., Рубцова Н.Б., Никонова К.В., Походзей Л.В. Неионизирующие электромагнитные излучения и поля (Экологические и гигиенические аспекты). - М. - 1998.

32. Чечурина Е.Н. Приборы для измерения магнитных величин //Электроизмерительные приборы. - Выпуск 13. - М.: Изд-во «Энергия», 1969.

33. Феер К. Беспроводная цифровая связь. - М.: «Радио и связь», 2000.

34. ADI 478. Low-frequency electrical and magnetic fields: the precautionary principle for national authorities, GrafiskaGruppen, - Stockholm - 1996.

35. CENELEC ENV 50166-1:95. Human exposure to electromagnetic fields. Low frequency (0 to 10 kHz).

36. CENELEC ENV 50166-2:95. Human exposure to electromagnetic fields. High frequency (10 kHz to 300 GHz).

37. CLC/TC lll(SEC) 10. European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) // Norms in frequency range 3 Hz-30 kHz. - 1993.

38. CENELEC EN 50361. Basic Standard for the measurement of Specific Absorption Rate relatid to human exposure to electromagnetic fields from mobile phones (300 MHz - 3 GHz).

39. ETSITS 100 573. Digital cellular telecommunications system. Physical layer on the radio path. General description (GSM 05.01).

40. ETS 3005777. European digital cellular telecommunications system. Radio transmission and reception (GSM 05.05).

41. ICNIRP. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Phys. 74: 494 - 522 - 1998.

42. WHO Fact Sheet № 263 (October 2001) «Electromagnetic fields and public health. Extremely low frequency fields and cancer».

43. Kheifets L. EMF and cancer: epidemiological evidence to date. In Pros. «WHO meeting on EMF biological effects and standards harmonization in Asia and Oceania». 22 - 24 October, 2001. Seoul, Korea. P. 13 - 16.

44. Vecchia P. Italian and Swiss regulations on exposure to electromagnetic fields. // Proc. Of Eastern Europenian Regional EMF Meeting and Workshop «Measurements and Criteria for Standard Harmonization in the Field of EMF Exposure» and WHO EMF Standards Harmonization Meeting. Ed. By M.Israel and M.Repacholi - Varna - Bulgaria - 2001 - P. 117 - 118.

Глава 2. ИЗЛУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

С.И. Аневский, Ю.М. Золотаревский, B.C. Иванов, А.Ф. Котюк, О.А. Минаева, Н.П. Муравская, М.Н. Павлович, В.И. Саприцкий

2.1. Характеристики оптического излучения

Наиболее широко для характеристики интенсивности оптического излучения при определении степени его воздействия на организм человека применяется энергетическая и эффективная освещенность. Энергетическая освещенность (ЭО) или облученность в точке поверхности определяется как отношение потока излучения, падающего на элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента. Энергетическая освещенность обозначается символом Е и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м²)

E = dФ/dA,                                                          (2.1)

где dФ - поток излучения или мощность излучения; dA - площадь элемента поверхности.

Для измерения энергетической освещенности в различных диапазонах длин волн используются радиометры оптического излучения. Энергетическая освещенность определяется выражением

,                                                      (2.2)

где λ - длина волны,

λ₂, λ₁ - длины волн границ участка спектра, в котором проводятся измерения;

Е (λ) - спектральная плотность энергетической освещенности (СПЭО);

К₁ - коэффициент пропорциональности, определяемый выбором размерности величин.

Радиометры применяются для измерений энергетической освещенности в следующих диапазонах ультрафиолетового излучения:

УФ-А	(0,315 - 0,400) мкм,
УФ-А1	(0,315 - 0,340) мкм,
УФ-А2	(0,340 - 0,400) мкм,
УФ-В	(0,280 - 0,315) мкм,
УФ-С	(0,200 - 0,280) мкм.

Для области инфракрасного излучения (0,78 - 1000) мкм также принято деление на диапазоны:

ИК-А	(0,78 - 1,4) мкм,
ИК-В	(1,4 - 3,0) мкм,
ИК-С	(3 - 1000) мкм.

Стандартная относительная спектральная чувствительность S(λ) радиометра должна иметь постоянные значения в рабочем диапазоне длин волн (λ₂, λ₁) и значения, равные нулю, вне диапазона длин волн (λ₂, λ₁), так что показания радиометра I пропорциональны измеряемому значению энергетической освещенности

,                                                       (2.3)

где К₂ - коэффициент пропорциональности.

Степень приближения реальной относительной спектральной чувствительности радиометра к стандартной оценивается по критериям, разработанным в рекомендациях Международной комиссии по освещенности МКО № 53 [17], и определяет погрешность радиометра оптического излучения.

Спектрорадиометры оптического излучения предназначены для измерения спектральной плотности энергетической освещенности (СПЭО) в ваттах на кубический метр Вт/м³. Значения ЭО излучения определяют интегрированием СПЭО по длинам волн в соответствии с выражением (2.2). Спектрорадиометры позволяют также определить эффективную освещенность E^eff интегрированием СПЭО по длинам волн с учетом безразмерного спектрального коэффициента относительной эффективности K^eff (λ) оптического излучения

.                                                      (2.4)

Примеры табулированных значений K^eff (λ) представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Значения коэффициентов относительной эффективности

Наиболее распространенными на практике являются измерения эффективной освещенности и эффективной яркости оптического излучения с учетом относительной спектральной световой эффективности излучения по зрительному ощущению с использованием люксметров и яркомеров. Световая эффективная освещенность или освещенность в точке поверхности определяется как отношение светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента. Освещенность обозначается символом E_v и измеряется в люксах (лк)

E_v = dФ_v/dA,                                                        (2.5)

где Ф_v - световой поток.

Стандартная относительная спектральная чувствительность S(λ) люксметра должна соответствовать значениям относительной спектральной световой эффективности оптического излучения V(λ), так что показания люксметра I_v пропорциональны измеряемому значению освещенности

,                                               (2.6)

где К₃ - коэффициент пропорциональности.

Значения относительной спектральной световой эффективности V(λ) приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Значения относительной спектральной световой эффективности

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) определяется как отношение освещенности, создаваемой естественным светом внутри помещения, к наружной горизонтальной освещенности и измеряется с использованием двух люксметров.

Энергетическая яркость оптического излучения определяется как отношение потока излучения, испускаемого с элемента поверхности, к произведению телесного угла dΩ, в котором он распространяется, площади элемента поверхности dA и косинуса угла Θ отклонения направления излучения от нормали к поверхности

L = d²Φ/(dΩ dA cosΘ).                                                      (2.7)

Эффективная яркость или яркость в точке поверхности определяется как отношение светового потока излучения, исходящего с элемента поверхности, к произведению телесного угла, dΩ, в котором он распространяется, площади элемента поверхности dA и косинуса угла Θ в отклонения от нормали к поверхности

L_v = d²Ф/(dΩ dA cosΘ).                                                       (2.8)

Яркость обозначается символом L_v и измеряется в канделах на квадратный метр, кд/м².

Относительная спектральная чувствительность S(λ) яркомера соответствует значениям относительной спектральной световой эффективности V(λ), так что показания яркомера I_L пропорциональны измеряемому значению яркости

,                                                      (2.9)

где К₄ - коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пульсации К_п периодически изменяющейся во времени освещенности E(t), выраженный в процентах, определяется соотношением

,                                                 (2.10)

где Т - период пульсации освещенности оптического излучения,

E_max, Е_min - соответственно максимальное и минимальное значения Е(t) за период Т.

Фотометры-пульсметры автоматически определяют максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период Т и рассчитывают значение коэффициента пульсации. Спектральная чувствительность фотометров-пульсметров соответствует относительной спектральной световой эффективности V(λ).

Показатели ослепленности и дискомфорта рассчитывают на основании измеренных распределений яркости источников света и отражающих поверхностей в пределах поля зрения наблюдателя.

Показатель ослепленности Р рассчитывается по формуле

,                                                (2.11)

где m - коэффициент, зависящий от типа источника, оказывающего слепящее действие,

n - число источников в поле зрения;

L_a - яркость адаптации наблюдателя - величина, зависящая от распределения яркости светящихся объектов (источников и отражающих поверхностей) в поле зрения наблюдателя;

γ - угол действия слепящего источника между линией зрения и направлением на слепящий источник;

Е_i - освещенность в плоскости наблюдения на зрачке наблюдателя, создаваемая i-м источником,

,                                                            (2.12)

где L(Ω) - распределение яркости по излучающей поверхности слепящего источника,

ΔΩ - телесный угол, в пределах которого наблюдателю видна излучающая поверхность слепящего источника,

dΩ - элемент телесного угла.

Для произвольного распределения яркости в поле зрения наблюдателя величина L_a может быть рассчитана. Для полей яркости без резкой неоднородности распределения величина L_a равна средней яркости по полю зрения. Для слепящих источников небольших угловых размеров величина Е_i рассчитывается по формуле

Е_i = K₅ (I_v·cosγ) / r²,                                                    (2.13)

где r - расстояние до источника,

К₅ - размерный коэффициент,

I_v - сила света в направлении наблюдателя,

I_v = dФ_v/dΩ.                                                         (2.14)

Показатель дискомфорта М рассчитывается по формуле

,                                             (2.15)

где р - индекс Гата позиции источника.

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) или энергия оптического излучения, называемая также лучистой энергией или интегральной дозой, определяется интегрированием ЭО по времени t в течение периода воздействия излучения Т и измеряется дозиметрами оптического излучения в джоулях на квадратный метр (Дж/м²)

.                                                   (2.16)

Световая экспозиция определяется поверхностной плотностью световой энергии или произведением светового потока на длительность освещения и измеряется дозиметрами в люкс-секундах (лк·с)

.                                              (2.17)

Относительно редко для характеристики интенсивности оптического излучения при определении степени его воздействия на человека применяются сила света, энергетическая сила излучения, светимость.

Значения энергетической освещенности, создаваемой солнечным излучением в верхних слоях атмосферы Земли, приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Энергетическая освещенность, создаваемая солнечным излучением в верхних слоях атмосферы

Солнечное УФ излучение поглощается и рассеивается при прохождении сквозь земную атмосферу, причем наиболее важным процессом является поглощение молекулярным кислородом и озоном. Озоновый слой препятствует проникновению опасного УФ излучения с длиной волны короче 290 нм. Атмосферный озон важен для фильтрации солнечной УФ радиации. Изменение толщины озонового слоя оказывает влияние только на область УФ-В. По мере снижения содержания стратосферного озона возникающие в результате этого повышенные уровни солнечной УФ-В радиации могут приводить к увеличению образования активных радикалов, повышающих химическую активность тропосферы. В загрязненных областях с высокими концентрациями оксидов азота и углеводородных соединений возникают уровни тропосферного озона и других опасных продуктов окисления, таких как пероксид водорода и кислоты, превышающие предельно допустимые концентрации.

Ультрафиолетовое излучение присутствует в спектре целого ряда искусственных излучателей на основе ксеноновых и ртутных газоразрядных ламп, широко применяемых в облучательных установках.

2.2. Механизм воздействия оптического излучения на человека

Степень опасности и вредного воздействия оптического излучения на организм человека зависит от спектрального состава, интенсивности и временных характеристик. Если инфракрасное излучение оказывает тепловое воздействие на организм, приводящее к локальному перегреву тканей, то ультрафиолетовое излучение оказывает дополнительное интенсивное фотохимическое воздействие. Энергия ультрафиолетового кванта оказывается достаточной для разрушения химических связей молекул и изменения хода биохимических процессов. Опасность воздействия видимого излучения определяется, прежде всего, высокой яркостью некоторых излучателей, что приводит к поражению глазной сетчатки, а также высокой степенью пульсации, которая вызывает повышенную утомляемость и раздражительность при использовании искусственного освещения или при работе с компьютерными мониторами.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) (200 - 400) нм оказывает как полезное, так и опасное воздействие на организм человека [17, 27]. Опасное УФ излучение присутствует также в спектре солнечного излучения.

УФ облучение не только оказывает прямое воздействие на кожу, но и вызывает ряд системных изменений. Оно повышает тонус симпатико-адреналовой системы, активность ферментов и уровень неспецифического иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов. Под действием небольших доз УФИ, которые не вызывают эритемы, снижается кровяное давление. После облучения давление постепенно падает, и пониженное давление может держаться в течение нескольких дней. Сезонные колебания заболеваемости часто связывают с колебаниями уровня УФИ. Толерантность к эффекту таких химических веществ, как нитриты, бензопирен и т.д., имеющих общетоксическое, канцерогенное и аллергическое действие, зависит от степени воздействия УФ-излучения.

Длительное отсутствие УФИ может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма и может привести к развитию патологического состояния, известного как световое голодание. Наиболее частым проявлением этого заболевания является нарушение обмена веществ и развитие недостаточности витамина D, что сопровождается резким снижением сопротивляемости организма. В последние годы широкое распространение получили искусственные источники солнечного излучения - солярии, используемые для компенсации недостатка УФ излучения, а также для получения быстрого и безопасного загара. Методика выполнения измерений характеристик УФ излучения соляриев приведена далее.

Потемнение кожи в результате солнечного воздействия является одним из важнейших защитных механизмов от дальнейшего повреждения ультрафиолетовыми лучами. УФИ в диапазоне от 290 до 315 нм дает солнечный ожог и вызывает последующее новое пигментообразование. Излучение в диапазоне от 320 до 400 нм вызывает небольшую эритему (за исключением случаев очень высоких доз облучения), но может приводить также к немедленному потемнению кожи. Самой мягкой формой солнечной эритемы является покраснение кожи, которое появляется вскоре после воздействия УФИ и постепенно исчезает через несколько дней. Более тяжелые формы эритемы выражаются в воспалении кожи, появлении волдырей с последующим шелушением кожи. Это сопровождается потемнением кожи, которое становится заметным после двух дней облучения. Меланин действует в качестве нейтрального фильтра интенсивности и уменьшает количество радиации, которая может достигнуть нижнего слоя кожи или проникнуть в дерму и поразить кровеносные сосуды. С увеличением пигментации увеличивается и доза УФИ, приводящая к развитию эритемы.

Особенно выражено канцерогенное действие УФИ у людей, имеющих проблемы в восстановлении ДНК. Пигментная ксеродермия - это наследственная кожная болезнь человека. Цитологические исследования обеспечили решающие доводы в пользу взаимосвязи между восстановлением фотоповреждений и канцерогенезом. Для лиц, страдающих пигментной ксеродермией, характерна анормальная пигментация и высокая частота случаев рака кожи, вызванного воздействием солнечной радиации в ультрафиолетовом спектре.

Имеются данные, показывающие, что физические и химические факторы могут ослабить или усилить канцерогенный эффект УФИ.

УФ-В излучение может повлиять на сопротивляемость организма к образованию опухолей, увеличивая ее при облучении субэритемными дозами и уменьшая при облучении большими дозами. Эти данные могут иметь большое значение для охраны здоровья человека, поскольку резистентность организма к воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды действует на фоне естественного УФИ.

Базальноклеточный рак и чешуйчатоклеточный рак, обусловленные в первую очередь длительным воздействием УФ-В, чаще развиваются в более позднем возрасте, чем злокачественная меланома, и самым тесным образом связаны с серьезными повреждениями кожи, вызванными солнечной радиацией. Таким образом, рак кожи меланомного и немеланомного типа по-разному связан с воздействием УФИ.

Повреждение кожи, вызываемое светом, называется фототоксическим. Такие повреждения могут возникнуть у любого человека, если на его кожу воздействует значительное количество УФИ. С клинической точки зрения, фототоксические реакции обычно характеризуются эритемой, а иногда отеком, появляющимися через несколько минут или через несколько часов после воздействия УФИ и сопровождающимися гиперпигментацей и шелушением. Солнечный ожог - пример реакции на фототоксическое воздействие. Эритема, связанная с фотодинамическими соединениями, возникает непосредственно после воздействия или в процессе воздействия излучения и может сопровождаться появлением «мучнистых образований». Несмотря на проведенные многочисленные исследования, механизм появления фототоксической реакции все еще не ясен.

Фотосенсибилизаторы могут попадать на поверхность кожи, и реакции по своей природе могут быть фототоксическими или фотоаллергическими. Спектры действия большинства фототоксичных веществ, вызывающих кожные нарушения у человека, находятся в области длинноволнового УФИ (315 - 400) нм. Контактные фотосенсибилизаторы могут входить в состав косметических средств, например, духов, одеколонов, лосьонов, эфирных масел, губной помады, производных флуоресцеина, кремов и средств для волос. Кроме того, контактные фотосенсибилизаторы входят в состав растений, вызывающих фитофотодерматиты. Это связано в основном с терапевтическими средствами, в том числе сульфаниламидами, солнцезащитными средствами. Системные фотосенсибилизаторы включают: диуретики группы тиазида; антибактериальные сульфаниламиды; противодиабетические лекарственные средства и антибиотики (особенно диметилхлортетрациклин). Фоточувствительность в ряде случаев могут вызывать и другие лекарственные препараты. Фотоаллергию можно определить как приобретенную измененную способность кожи реагировать на световую энергию самостоятельно или в присутствии фотосенсибилизатора. Однажды развившись, фотоаллергия может проявляться как реакция даже на видимый свет. Небольшие количества фотоантигена сохраняются в кожном покрове и вызывают реакцию циркулирующих антител или иммунный ответ на клеточном уровне. Фотоаллергия характеризуется клинически такими проявлениями, как мгновенная крапивница или замедленная экзематозная реакция, похожая на контактный дерматит. Отличительным признаком токсической и аллергической реакции, вызванной воздействием солнечной радиации, является высыпание. В отличие от карциномы кожи карцинома глаза чаще встречается из-за большего воздействия УФИ и отсутствия пигмента в слизистой оболочке глаза. Наибольший риск для здоровья связан с длительным избыточным воздействием ультрафиолетовой радиации и условиями воздействия УФИ.

Взаимодействие УФ излучения (с различной длиной волн, в особенности диапазона УФ-А) с природными и искусственными химическими веществами может привести к ряду неблагоприятных эффектов, обычно не возникающих при воздействии только УФ излучения или только химических агентов. К самым распространенным видам воздействия относятся фототоксичность, фотоаллергия и усиленный химическими веществами фотоканцерогенез. Среди фототоксичных веществ наиболее распространенными являются псоралены, которые встречаются в кожуре большинства цитрусовых и во многих зеленых лиственных растениях. Контакт с такими веществами чаще всего происходит при сборе цитрусовых фруктов и при пользовании духами, содержащими бергамот. Фототоксичные реакции выглядят как солнечный ожог.

Растет загрязнение окружающей среды искусственными фотоактивными химическими веществами. Отмечались серьезные вспышки фотоаллергических реакций, вызванных некоторыми добавками в мыло, антибиотики, лекарственные средства.

Для косметических целей обычно приемлемы дозы облучения, способные вызывать легкую эритему через 24 ч.

Некоторые бытовые приборы излучают значительные дозы УФИ или способны излучать в случае нарушения защитного покрытия прибора и могут вызвать повреждение кожного покрова или зрения. К таким приборам относятся кварцевые и стерилизационные лампы, генераторы озона, мощные ртутные или ксеноновые лампы, используемые для освещения.

Солнцезащитные средства обычно подразделяются на химические и физические. К химическим агентам относятся парааминобензойная кислота и ее эфиры, циннаматы и бензофеноны, поглощающие радиацию. Физические агенты действуют как простые физические преграды, отражающие, блокирующие или рассеивающие свет. Принцип покрытия кожи слоем надежного УФ поглотителя нашел широкое применение. Если используется слой адекватной толщины и он хорошо впитывается в кожу, гарантирована надежная защита при любых условиях. Одежда обычно не поглощает лучей полностью. Воздействие УФ радиации на кожу и глаза должно быть сведено до минимума, за исключением тех случаев, когда процедуры предписаны на основании медицинских показаний.

Воздействие ИК излучения подробно описано в обзоре по эколого-гигиенической оценке и контролю инфракрасного и ультрафиолетового излучения под редакцией академика РАМН Н.Ф. Измерова [29]. Ниже приводятся некоторые наиболее важные сведения из этой работы.

Инфракрасное излучение оказывает на организм в основном тепловое действие. Поглощение энергии ИК излучения происходит главным образом в эпидермисе. Наблюдается более слабая реакция терморецепторов кожи на радиационный нагрев или охлаждение, по сравнению с конвекционным, что связано с процессом переноса теплового излучения в более глубокие слои кожи, в которых плотность терморецепторов ниже. Коэффициент поглощения ИК излучения, а следовательно, и эффект его действия и глубина проникновения в кожу зависят от длины волны. При облучении кожи в организме возникает ряд сложных биохимических процессов.

Специфичность действия ИК облучения на человека обусловливается проницаемостью поверхностных тканей для ИК излучения и преобразованием его в тепловую энергию в глубоко лежащих тканях. Это сопровождается активизацией биохимических процессов и повышением тонуса тканей. Биохимический эффект от воздействия ИК излучения проявляется при поглощении излучения белками кожи и активизации ферментативных процессов. Наблюдаются уменьшение лейкоцитов и тромбоцитов, более высокий титр и более раннее появление агглютининов в крови. Под воздействием ИК излучения понижается тонус вегетативной нервной системы и повышается содержание кальция в крови. Увеличение после ИК облучения концентрации кальция в плазме характерно при энергетической освещенности свыше 350 Вт/м². ИК излучение также способствует нарушению проницаемости клеточных мембран, что было зарегистрировано по изменению соотношения электролитов в плазме крови. После облучения уменьшается концентрация клеточного калия и натрия.

Выраженность физико-химических процессов (изменение активности свободнорадикальных и антиокислительных систем организма) и тепловых реакций организма зависит от интенсивности и спектрального состава излучения, определяющего глубину проникновения и поглощения структурными элементами тканей. При интенсивности облучения обнаженной поверхности кожи до 175 Вт/м² создаются предпосылки для денатурации белковых молекул, зависящие как от длины волны, так и от интенсивности. Отмечено наличие денатурационных процессов в молекулах белка в сочетании с нарушением проницаемости клеточных мембран, что, вероятно, может быть причиной изменения мембранного потенциала клеток крови, появления аутоантигенных свойств, что, в свою очередь, может способствовать развитию аутоиммунных процессов. Согласно полученным результатам при интенсивности облучения обнаженной поверхности тела площадью 0,2 м², равной 70 - 100 Вт/м², преобладает оптимизирующий эффект, сопровождающийся возбуждением свободнорадикальных процессов и высоким уровнем антиоксидантной защиты, а также повышением антимикробной резистентности. При интенсивности облучения 175 Вт/м² и выше имеет место снижение активности антиоксидантных систем, ферментов, что сопровождается снижением антимикробной резистентности организма. Сердечно-сосудистая система реагирует на инфракрасное облучение учащением сердцебиения, повышением систолического и понижением диастолического артериального давления.

Сложности в оценке интенсивности и нормирования ИК облучения человека, непосредственно связанные с определением фактически поглощенной дозы. Это во многом определяется защитными свойствами одежды, площадью облучаемой поверхности тела и облучаемым участком, геометрическими характеристиками потока падающего излучения и др.

Главную опасность при чрезмерном воздействии ИК излучения представляет термальное поражение сетчатки глаз, а также травма хрусталика глаза, которая может привести к развитию катаракты. В основе действия ИК излучения на органы зрения лежит главным образом тепловой эффект. Применительно к отдельным частям глаза было установлено, что они поглощают различную долю доходящего до них потока излучения, а именно: роговица - 80 %, камерная влага - 70 %; хрусталик - 30 %, стекловидное тело - 60 %. До сетчатки доходит только излучение спектрального состава от 0,34 до 1,32 мкм. Наиболее частым и тяжелым поражением глаза, вследствие воздействия ИК излучения, является катаракта. Характерной чертой является ее локализация: она всегда начинается в центре задней поверхности хрусталика, затем распространяется на периферию. ИК излучение с длиной волны 0,78 - 1,4 мкм поглощается в области хрусталика. Критерием для определения степени помутнения хрусталика, вызванного воздействием ИК излучения, является среднее значение энергетической освещенности ИК излучения. Но помутнение хрусталика может быть обусловлено и непосредственно термическим эффектом за короткое время при интенсивном ИК облучении. При энергетической освещенности ИК излучения 2800 Вт/м² температура конъюнктивы по истечении 5 мин облучения достигает 44,5 °С, передней камеры - 40,5 °С, стекловидного тела - 39,0 °С. Температура, превышающая 45 °С, способна вызвать коагуляцию белков. При облучении длинноволновым ИК излучением повышение температуры конъюнктивы выражено сильнее, чем при коротковолновом ИК излучении. Передняя камера глаза, напротив, нагревается в большей степени при облучении коротковолновым ИК излучением. Коротковолновое ИК излучение глубоко проникает в глазные среды, а длинноволновое - поглощается поверхностными тканями. Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют о неблагоприятном биологическом действии ИК излучения на организм человека, что определяет необходимость его регламентации. Особое внимание при этом должно быть уделено защите глаз.

Диапазон адаптации глаза настолько велик, что он может функционировать как при очень высоких, так и при очень низких уровнях освещенности, однако в последнем случае поток информации из внешнего мира не полон, качество, скорость и продолжительность выполнения зрительной работы ограничены. Уровень зрительных функций изменяется в процессе выполнения зрительной работы различной степени сложности и точности. Эти изменения тем значительнее, чем при более неблагоприятных условиях освещения производится эта зрительная работа.

Плохая световая обстановка в сочетании с высокой зрительной нагрузкой способствует не только повышению утомления зрительного анализатора, ведущего к снижению работоспособности и производительности труда, но и к развитию аномалии зрения - миопии. В литературе практически отсутствуют работы, посвященные вопросам нормирования освещения для людей старше 40 - 45 лет, имеющих дальнозоркость. Вместе с тем, нагрузка на зрительный анализатор людей всех возрастных групп с каждым годом растет. К типичным проявлениям физиологического старения глаза относится уменьшение диапазона аккомодации (пресбиопия и медленное ослабление оптической силы глаза в связи с изменениями в хрусталике и уменьшением его эластичности).

При одинаковых условиях работы пресбиопия возникает раньше у лиц, деятельность которых связана с рассматриванием мелких объектов, особенно при малом контрасте их с фоном.

При высоких уровнях освещенности зрительная работа выполняется в полном объеме, так как в процесс зрения вовлекаются основные наиболее эффективные функции зрительного анализатора. Зрачковый и аккомодационный рефлексы имеют единую рефлексогенную зону, которой является сетчатка. При высоких уровнях яркости, при которых зрачок уменьшается, увеличение оптической силы глаза обеспечивается за счет зрачка. При этом зрительный анализатор может четко воспринимать предметы любого размера как далеко, так и близко расположенные без напряжения аккомодации. С уменьшением яркости зрачок для поддержания освещенности сетчатки на оптимальном уровне расширяется до определенных пределов, и в усилении оптической силы глаза принимает участие и зрачок, и хрусталик. При дальнейшем уменьшении яркости поля адаптации и увеличении размеров зрачка усиление оптической силы глаза осуществляется преимущественно хрусталиком.

В широком диапазоне яркостей благодаря наиболее быстрым процессам пупилломоторной адаптации, т.е. в результате изменения диаметра зрачка от 8 мм до 2 мм и менее, уровень освещенности сетчатки при покое аккомодации остается постоянным и равным 6,0 - 6,5 лк. Уровни яркости этого диапазона (от 50 до 500 кд/м² и более) оцениваются как оптимальные.

Выполнение зрительной работы при оптимальном уровне яркости может осуществляться в течение длительного времени. При этом основная функция - острота зрения - остается постоянной и наивысшей.

Однако не все виды зрительных работ могут быть выполнены при любом уровне яркости рабочей зоны. Чем сложнее работа, т.е. чем меньше размер объекта различения, тем выше должна быть оптимальная яркость рассматриваемого объекта.

Для выполнения той или иной зрительной работы существует определенный (максимально допустимый) размер зрачка и, соответственно, определяемая оптическими свойствами глаза и сложностью зрительной работы зона оптимальной яркости.

Выполнение зрительной работы при яркости ниже оптимального значения приводит к тому, что на сетчатку попадает недостаточное количество света и для восприятия объекта различения мобилизуются биохимические и ретиномоторные процессы адаптации при одновременном напряжении аккомодации. Это приводит к зрительному и общему утомлению тем быстрее, чем ниже уровень яркости объекта и меньше его размер.

Максимальная разрешающая способность глаза - острота зрения - наблюдается при размере зрачка 3 мм и менее. Такой размер зрачка при покое аккомодации имеет место при яркости адаптации 500 - 1000 кд/м² и более. В этом диапазоне яркости зрительный анализатор может выполнять любую (в пределах разрешающей способности глаза) по точности зрительную работу, и на сетчатку благодаря процессу пупилломоторной адаптации будет падать постоянное оптимальное количество света. Таким образом, уровень 500 кд/м² является тем оптимальным уровнем яркости, при котором может выполняться зрительная работа как высокой точности, так и не очень.

Критерием оценки слепящего действия прямой блескости является показатель ослепленности или показатель дискомфорта. Исключение прямой блескости обеспечивается использованием источников света в специальной осветительной арматуре (не допускается использование открытых ламп), применением светильников с экранирующими отражателями и рассеивателями, соблюдением высоты подвеса светильников. Большое значение для ограничения ослепленности, создаваемой светильниками, имеет защитный угол, образуемый отражателями и экранами (в светильниках с люминесцентными лампами - планками экранирующей решетки).

К вредным факторам искусственного освещения газоразрядными источниками света относится пульсация освещенности - изменение освещенности во времени, обусловленное малой инерционностью излучения газоразрядных ламп, световой поток которых пульсирует с удвоенной частотой переменного тока 100 Гц. Пульсации освещенности не различаются при фиксировании глазом неподвижных объектов, но проявляются при рассматривании движущихся предметов, которые приобретают при этом многократные контуры. При этом также возникает иллюзия искажения характера движения предметов. Явление искажения восприятия движущихся объектов при освещении пульсирующим светом называется стробоскопическим эффектом; он может явиться причиной травм. Критерием оценки относительной глубины колебаний освещенности является коэффициент пульсации освещенности.

2.3. Нормирование характеристик оптического излучения

Нормы, регламентирующие характеристики оптического излучения, основаны на использовании новейших результатов, полученных в области физики, медицины и технических наук. В разработке норм принимают участие организации, ответственные за обеспечение достоверности измерений, качества и характеристик продукции, технические комитеты, ответственные за разработку стандартов в области оптического излучения и безопасности использования источников излучения (международные, региональные и национальные организации, такие как Международная электротехническая комиссия (МЭК, IEC), Международная организация по стандартизации (ИСО, ISO), Международная комиссия по освещенности (МКО, СIE) и др.).

Рассмотрение социальных, политических и экономических аспектов реализации программ защиты от оптического излучения находится в компетенции национальных правительств.

На базе основных принципов защиты от оптического излучения разрабатываются руководящие документы для международных, региональных, национальных организаций, а также отдельных экспертов, которые ответственны за разработку законов, инструкций, рекомендаций, кодексов по защите населения.

При разработке стандартов на оптическое излучение требуется всесторонняя глубокая оценка данных, опубликованных в научной литературе, с точки зрения санитарно-гигиенических критериев оценки воздействия оптического излучения на организм человека. При оценке опасности для здоровья следует принимать во внимание только те экспериментальные результаты, которые удовлетворяют следующим условиям:

имеется полное медико-биологическое описание методики эксперимента;

все данные подвергнуты анализу и являются объективными;

результаты показывают высокий уровень статистической значимости;

результаты имеют подтверждение из независимых источников, могут быть воспроизведены в независимых лабораториях.

Анализ современного уровня знаний о неблагоприятных последствиях воздействия оптического излучения и проблемах, обусловленных сложностью определения индивидуальной дозы оптического излучения, позволяет разработать программу защиты от оптического излучения, основанную на следующих принципах:

обеспечение адекватной защиты населения;

согласование ограничительных норм на оптическое излучение со стандартами на источники оптического излучения.

Нормы профессионального облучения персонала могут отличаться от норм для населения.

В бытовых условиях допустимая освещенность УФ-В излучения не должна превышать 1,9 Вт/м², а УФ-А - 10 Вт/м² [10]. Освещенность от экранов телевизоров, мониторов, измерительных приборов в бытовых условиях и т.п. в зоне УФ-В не должна превышать 0,1 мВт/м², в зоне УФ-А - 0,1 Вт/м². Излучение в зоне УФ-С не допускается.

Критерием нормирования допустимой интенсивности ИК облучения поверхности тела человека послужили данные относительного допустимого биологического действия - иммуннорезистентности.

Допустимый уровень ИК излучения в бытовых условиях в диапазоне 0,76 - 1000 мкм определяется нормами [10]. Максимальный уровень освещенности ИК излучения не должен превышать 100 Вт/м². В бытовых условиях освещенность в ближнем ИК диапазоне (0,76 - 1,05 мкм) от телевизоров, мониторов и других средств визуального отображения информации не должна превышать 50 мВт/м², а в дальнем ИК диапазоне (свыше 1,05 мкм) - не должна превышать 4 Вт/м².

Уровни освещенности и яркости оптического излучения и качественные характеристики освещения регламентируются СНиП 23-05-95. «Естественное и искусственное освещение» [13]. Нормы искусственного освещения по СНиП 23-05-95 устанавливают наименьшую освещенность в зависимости от минимального либо эквивалентного размера объекта различения (для протяженных объектов, имеющих отношение длины к ширине более 2), контраста объекта с фоном и характеристики фона. Необходимый уровень освещенности тем выше, чем темнее фон, меньше размер детали и контраст объекта с фоном.

Достаточность уровней естественной освещенности помещений регламентируется минимальным значением коэффициента естественной освещенности при системе бокового освещения и средним значением коэффициента естественной освещенности при системах верхнего и комбинированного освещения. В небольших помещениях при одностороннем боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной поверхности на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов; при двухстороннем боковом освещении - в точке посередине помещения. Неравномерность естественного освещения помещений с верхним или комбинированным естественным освещением не должна превышать 3:1.

Качественные показатели освещения - показатель ослепленности и коэффициент пульсации освещенности регламентируются СНиП 23-05-95. Регламентируемый показатель ослепленности составляет: 20 - 40. Максимально допустимый коэффициент пульсации освещенности равен 10 % - 20 %.

2.4. Приборы и методы измерений характеристик оптического излучения

Определение характеристик оптического излучения проводится в соответствии с формулами (2.1 - 2.17), описывающими измеряемые величины и требования к спектральной чувствительности радиометров, спектрорадиометров, люксметров, яркомеров и других средств измерений (СИ). Степень приближения реальной относительной спектральной чувствительности СИ к идеальной определяется по критериям, разработанным в рекомендациях МКО [17], и определяет соответствующую составляющую погрешности СИ характеристик оптического излучения.

В простейшем случае при измерении ЭО измерительный преобразователь радиометра устанавливается в рабочую точку поверхности, косинусная насадка ориентируется параллельно облучаемой поверхности и отсчитываются прямые показания радиометра в ваттах на квадратный метр (Вт/м²). Трудности и возможные неопределенности результатов измерений связаны с учетом необходимой спектральной и угловой коррекции чувствительности радиометра. Необходимо также, чтобы значения измеряемой энергетической освещенности не выходили за пределы диапазона линейности радиометра. Поэтому паспортные характеристики радиометра должны обязательно указывать не только верхнюю, но и нижнюю границу рабочего диапазона.

Погрешность спектральной коррекции радиометра, вызванную отклонением относительной спектральной чувствительности S_λ поверяемого радиометра (спектрорадиометра), дозиметра оптического излучения от стандартной S^ст(λ) определяют по формуле

,                           (2.18)

где Е(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности контрольных источников УФ излучения;

Е^ст(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ излучения.

Для определения возможности применения радиометра для каждого диапазона длин волн, например, УФ-А, УФ-В, УФ-С, специальными нормативными документами установлен перечень контрольных и стандартных источников излучения. Расчет Θ₁ рекомендуется выполнять с использованием специально разработанных компьютерных программ. Значение погрешности спектральной коррекции Θ₁ радиометра не должно превышать 4 - 8 %.

Угловая зависимость чувствительности идеального радиометра от угла падения излучения φ должна соответствовать функции cosφ.

Косинусную погрешность радиометра Θ₄, выраженную в процентах, рассчитывают по формуле

.                                                  (2.19)

Значение Θ₄ рассчитывают с использованием специальных компьютерных программ. Оно не должно превышать 2 %. При превышении указанных значений косинусной погрешности допускается ограничивать угол зрения радиометра (спектрорадиометра, дозиметра) УФ излучения с указанием в паспорте радиометра значений половинного угла зрения φ_т и поправочных коэффициентов, учитывающих угловые размеры излучателя. В этом случае косинусную погрешность Θ₄ рассчитывают по формуле:

.                                                  (2.20)

Спектрорадиометры оптического излучения позволяют получать наиболее полную информацию об энергетических и эффективных характеристиках световой среды. Наиболее важной проблемой при использовании спектрорадиометров является оценка уровня рассеянного света, которая проводится при поверке прибора.

Наиболее распространенными и доступными приборами являются люксметры, предназначенные для определения освещенности оптического излучения. Требования к спектральной коррекции чувствительности фотометров определяются в соответствии с рекомендациями МКО с использованием табулированных спектров пяти контрольных источников излучения, значения относительной спектральной освещенности Е_λ которых приведены в табл. 2.4.

Требования к угловой коррекции чувствительности люксметров определяют формулой (2.19). При этом погрешность угловой коррекции не должна превышать 3 - 5 %.

Таблица 2.4

Значения относительной спектральной освещенности Е_λ контрольных излучателей, рекомендуемых МКО [17] для контроля фотометров

Определение коррекции спектральной чувствительности яркомеров проводится так же, как и для люксметров. Наиболее важной характеристикой яркомеров при измерении показателей ослепленности и дискомфорта является угол зрения, определяющий угловое разрешение прибора. Разработанные в последние годы приборы позволяют контролировать все характеристики световой среды в соответствии с требованиями нормативных документов. Измерение энергетической освещенности УФ излучения в диапазонах УФ-А, УФ-В и УФ-С, определение опасной и эритемной освещенности УФ излучения возможно только с применением многоканальных универсальных радиометров. Применение одноканальных УФ радиометров допустимо в отдельных случаях для измерения характеристик узкого класса источников УФ излучения.

Методики выполнения измерений разрабатываются и применяются в соответствии с Законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» и включают совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью.

Разработка методики выполнения измерений включает:

выбор метода и средств измерений;

установление последовательности и содержания операций при подготовке и выполнении измерений, обработку результатов измерений;

установление требований к погрешности измерений.

Аттестацию методик выполнения измерений, применяемых в сфере распространения государственного метрологического контроля и надзора, проводят организации, аккредитованные в соответствии с ПР 50.2.013-94. Ниже в качестве примера приведена методика выполнения измерений энергетической освещенности УФ излучения бытовых соляриев.

2.4.1. Методика выполнения измерений характеристик УФ излучения соляриев

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящая методика выполнения измерений (далее - МВИ) распространяется на измерение характеристик УФ излучения соляриев с помощью радиометров (спектрорадиометров) непрерывного оптического излучения. Солярии представляют собой искусственные источники ультрафиолетового (далее - УФ) излучения, применяемые для компенсации недостатка УФ излучения, а также для получения быстрого и безопасного загара. В качестве источников УФ излучения (далее - УФ облучатели) используют люминесцентные лампы, спектр излучения которых лежит в диапазоне длин волн 0,28 - 0,40 мкм. Излучение соляриев характеризуется энергетической освещенностью (далее - ЭО) в диапазонах длин волн УФ-А1, (0,315 - 0,340) мкм, УФ-А2 (0,34 - 0,40) мкм, УФ-А (0,315 - 0,400) мкм, УФ-В (0,28 - 0,315) мкм, УФ-С (0,2 - 0,28) мкм. Для образования загара в спектре излучения соляриев должно присутствовать излучение диапазонов длин волн УФ-А1, УФ-А2 и УФ-В. Присутствие в спектре излучения диапазона длин волн УФ-В должно быть строго ограничено, чтобы исключить опасное воздействие на организм человека жесткого УФ излучения. Присутствие в спектре излучения диапазона длин волн УФ-С в соляриях не допускается. При разработке и использовании соляриев необходимо контролировать характеристики УФ излучения в соответствии с нормами и рекомендациями. Средства измерений характеристик оптического излучения соляриев обеспечивают измерение ЭО в следующих диапазонах длин волн, Вт/м²,

УФ-А1 - 0,1 - 50,0;

УФ-А2 - 0,1 - 200,0;

УФ-А - 0,1 - 250,0;

УФ-В - 0,01 - 5,0;

УФ-С - 0,001 - 1,0.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 8.195-89 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,25 - 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,2 - 25,0 мкм»;

ГОСТ 8.197-86 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости оптического излучения в диапазоне длин волн 0,04 - 0,25 мкм»;

ГОСТ 8.207-76 «Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения»;

ГОСТ 8.552-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений потока излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,03 до 0,4 мкм»;

СанПиН 4557-88 «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях».

3. ТРЕБОВАНИЯ К ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Предел допускаемой погрешности измерений ЭО соляриев по данной MBИ составляет 10 %.

Должны использоваться:

а) радиометры УФ излучения УФ-А (УФ-А1 и УФ-А2) «Аргус-04», УФ-В «Аргус-0,5», УФ-С «Аргус-06» или другой УФ радиометр (спектрорадиометр) со следующими характеристиками:

диапазон длин волн, мкм................................................................ 0,2 - 0,4

диапазон измерений энергетической освещенности, Вт/м²....... 0,001 - 200,0

основная относительная погрешность, %..................................... 10,0;

б) комплект светофильтров типов УФС-1, ЖС-16 и БС-8;

в) кварцевый нейтральный ослабитель.

Применяемые средства измерений должны быть поверены органами Госстандарта России.

4. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

Метод измерений характеристик оптического излучения соляриев основан на прямых измерениях при преобразовании потока УФ излучения в электрический сигнал радиометра (спектрорадиометра) при выполнении условий спектральной и угловой коррекции чувствительности фотопреобразователя. Радиометр (спектрорадиометр) оптического излучения соляриев должен быть поверен в качестве средства измерений энергетической и эффективной освещенности непрерывного УФ излучения в соответствии с ГОСТ 8.552, ГОСТ 8.197 и ГОСТ 8.195.

5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Измерения характеристик оптического излучения соляриев могут проводить операторы, прошедшие инструктаж по безопасности труда при работе с источниками УФ излучения в соответствии с требованиями СанПиН 4557 и правилами использования средств защиты персонала от УФ излучения - защитных очков, щитков, перчаток.

6. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ

К выполнению измерений допускают лиц, изучивших инструкции по эксплуатации основных средств измерений и вспомогательных устройств, требования настоящей MBИ, а также прошедших инструктаж по безопасности труда при эксплуатации УФ облучателей.

7. УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

температура окружающего воздуха, °С............................................. +10...+35

относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, %........ 80

атмосферное давление, кПа................................................................ 84...104.

8. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

При подготовке к проведению измерений выполняют следующие работы:

8.1. Включают и подготавливают к работе радиометр (спектрорадиометр) и солярий в соответствии с их инструкциями по эксплуатации.

8.2. Проверяют состояние оптики радиометра (спектрорадиометра). На поверхности оптических деталей не допускаются царапины, помутнения, жирные и другие пятна.

9. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

9.1. Для измерения ЭО оптического излучения соляриев:

9.1.1. Устанавливают измерительный блок радиометра (спектрорадиометра) в рабочую точку облучаемой поверхности в центре солярия. Косинусную насадку измерительного блока радиометра (спектрорадиометра) ориентируют параллельно облучаемой поверхности.

9.1.2. Определяют угловые размеры солярия - горизонтальный угол φ и вертикальный угол ψ (в градусах, °):

φ = arctg (L/R),

ψ = arctg (H/R),

 где L - длина солярия, мм;

Н - ширина солярия, мм;

R - расстояние от измерительного блока радиометра (спектрорадиометра) до центра медицинского облучателя, мм.

9.1.3. Включают и прогревают в течение 10 мин солярий.

9.1.4. Юстируют измерительный блок радиометра (спектрорадиометра) по углу в горизонтальной и вертикальной плоскостях для достижения максимального отсчета.

9.1.5. Регистрируют показания каналов радиометра (спектрорадиометра) i_A1, i_A2, i_A, i_B, i_С и определяют интегральную ЭО E_i(A1), E_i(A2), E_i(A), E_i(B), E_i(C) (в ваттах на квадратный метр, Вт/м²) УФ излучения в диапазонах, соответственно, УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В, УФ-С.

9.1.6. Для оценки погрешности измерений ЭО, обусловленной влиянием потока инфракрасного излучения, устанавливают на измерительный блок радиометра (спектрорадиометра) светофильтр типа ЖС-16. Показания радиометра (спектрорадиометра) не должны превышать 3 % от значений ЭО, полученных по 9.1.5. Если показания превышают установленное значение, необходимо провести ремонт и повторную поверку радиометра (спектрорадиометра).

9.1.7. Устанавливают на измерительный блок радиометра (спектрорадиометра) светофильтр типа БС-8, измеряют сигналы j_A1, j_A2, j(λ), J_B, j_С (в вольтах, В) и определяют интегральную ЭО E_j(A1), E_j(A2), E_j(A), E_j(B), Ej_(C) (в ваттах на квадратный метр, Вт/м²) излучения солярия в диапазонах, соответственно, УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В и УФ-С.

9.1.8. По результатам измерений угловых размеров солярия выбирают относительный коэффициент угловой коррекции K(φ,ψ), приведенный в паспорте радиометра (спектрорадиометра).

9.1.9. Значения ЭО соляриев в диапазонах УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В и УФ-С рассчитывают по формулам

E_A1 = (E_i(A1) - E_j(A1)) K(φ,ψ) / Kτ_A1,

E_A2 = (E_i(A2) - E_j(A2)) K(φ,ψ) / Kτ_A2,

E_A = (E_i(A) - E_j(A)) K(φ,ψ) / Kτ_A,

E_B = (E_i(B) - E_j(B)) K(φ,ψ) / Kτ_B,

E_C = (E_i(C) - E_j(C)) K(φ,ψ) / Kτ_C,

Kτ_А1, Kτ_A2, Kτ_A, Kτ_B и Kτ_C - интегральные коэффициенты пропускания кварцевого нейтрального ослабителя в диапазонах, соответственно, УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В и УФ-С, указанные в паспорте на ослабитель.

9.2. Для определения эритемной и опасной эффективной освещенности E_eff выполняют следующие операции:

9.2.1. Регистрируют сигналы каналов спектрорадиометра i(λ) и (в ваттах на кубический метр, Вт/м³) аналогично пп. 10.1.5 и 10.1.7 и определяют значения спектральной плотности энергетической освещенности (СПЭО) Е(λ) (в ваттах на кубический метр, Вт/м³) по формуле

Е(λ) = [i(λ) - j(λ)] K(φ,ψ) / Kτ,

λ - длина волны, мкм.

9.2.2. Значения опасной и эритемной эффективной освещенности Е_eff(TLV) и E_eff(ER) рассчитывают интегрированием СПЭО с учетом табулированных спектральных коэффициентов относительной опасной эффективности УФ излучения K_eff(TLV) (λ) и K_eff(ER (λ) по формулам:

,

.

Значения K_eff(TLV) (λ) и K_eff(ER (λ) приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения спектральных коэффициентов относительной эффективности K_eff(TLV) (λ) и K_eff(ER (λ), учитывающих опасное воздействие УФ излучения по критерию TLV и эритемное воздействие УФ излучения

Е(λ) = [I(λ) - J(λ)] K(φ,ψ) / Kτ,

где I(λ) - J(λ) - сигналы (в ваттах на квадратный метр, Вт/м²) многоканального радиометра (спектрорадиометра), определяемые соответственно по 9.1.5 и 9.1.8.

10. КОНТРОЛЬ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Контроль погрешности результатов измерений проводят в следующем порядке:

10.1. Рассчитывают по результатам измерений относительную случайную погрешность результата измерений ЭО и ЭЭ - S₀, (в %), по формуле

,

где E_i - результат i-го независимого измерения;

 - среднее арифметическое n измерений.

10.2. Границу относительной неисключенной систематической погрешности Θ_o определяют по формуле

,

Θ_i - оценка составляющей неисключенной систематической погрешности.

Источниками неисключенной систематической погрешности являются:

Θ₁ - погрешность рабочего средства измерений (из свидетельства о поверке); Θ₁ не превышает 10 %;

Θ₂ - погрешность определения интегрального сигнала I_A - J_A, I_В - J_B, I_C - J_C, (в Вт/м²), пропорционального ЭО ультрафиолетового излучения в диапазоне, соответственно, УФ-А, УФ-В и УФ-С; Θ₂ не превышает 3 %;

Θ₃ - погрешность определения относительного коэффициента угловой коррекции; Θ₃ не превышает 2 %.

10.3. Предел допускаемой основной относительной погрешности Δ₀ результатов измерений рассчитывают по формуле

,

где K - коэффициент, определяемый соотношением случайной и неисключенной систематической погрешностей.

Так как Θ₀ > 8S₀, то случайной погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и Δ₀ = Θ₀.

11. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

11.1. Результаты измерений оформляются по форме, принятой на предприятии, проводящем измерения.

11.2. Запись о результатах измерений должна содержать:

дату проведения измерений;

тип и номер средства измерений (радиометра или спектрорадиометра);

цель проведения измерений;

геометрические размеры солярия;

расстояние от центра солярия до радиометра (спектрорадиометра);

угловые размеры солярия;

значения сигналов I_С и J_C радиометра (спектрорадиометра);

значения ЭО, средней ЭО, эффективной освещенности, средней импульсной освещенности, полного потока излучения;

значения неисключенной систематической погрешности, предела допускаемой погрешности;

фамилию и подпись оператора.

2.5. Метрологическое обеспечение измерений характеристик оптического излучения

Метрологическое обеспечение измерений характеристик оптического излучения базируется на комплексе государственных эталонов и нормативных документов, регламентирующих порядок передачи размеров единиц величин от этих эталонов к рабочим средствам измерений с помощью рабочих эталонов, разработанных в ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений».

Согласно закону Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» определение соответствия характеристик оптического излучения требованиям нормативных документов относится к сфере государственного метрологического контроля и надзора. Это означает, что используемые при этих измерениях средства измерений должны пройти испытания для целей утверждения типа, внесены в Государственный реестр, т.е. должны иметь сертификат об утверждении типа средств измерений. В [28] приведен перечень СИ характеристик оптического излучения, прошедших испытания, внесенных в Госреестр СИ и допущенных к обращению в стране.

Приборы должны быть поверены согласно утвержденной методике поверки на соответствующих эталонах. В качестве примера ниже приведена методика поверки средств измерений характеристик УФ излучения соляриев, где, в частности, содержатся ссылки на соответствующие нормативно-технические документы (национальные стандарты, санитарные правила и нормы, правила по метрологии).

2.5.1. Средства измерений характеристик ультрафиолетового излучения соляриев

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящая методика распространяется на средства измерений характеристик оптического излучения соляриев - радиометры (спектрорадиометры) непрерывного оптического излучения, основанные на использовании фотодиодов, вакуумных фотоэлементов, других фотопреобразователей, область спектральной чувствительности которых ограничена диапазоном длин волн от 0,2 до 1,1 мкм. Солярии представляют собой искусственные источники ультрафиолетового (УФ) излучения, применяемые для компенсации недостатка УФ излучения, а также для получения быстрого и безопасного загара. В качестве источников УФ излучения используются люминесцентные лампы, спектр воздействия которых ограничен диапазоном длин волн от 0,28 до 0,4 мкм. Излучение соляриев характеризуется энергетической освещенностью в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В, УФ-С. Основной вклад в образование загара вносит излучение диапазонов длин волн УФ-А1, УФ-А2. Присутствие в спектре излучения диапазона длин волн УФ-В необходимо для возникновения загара и строго ограничивается для исключения опасного воздействия на организм человека жесткого УФ излучения. Присутствие в спектре излучения диапазона длин волн УФ-С в соляриях не допускается. При разработке и использовании соляриев необходимо контролировать характеристики УФ излучения в соответствии с нормами и рекомендациями [2 - 6]. Средства измерений характеристик оптического излучения соляриев обеспечивают измерения энергетической освещенности (ЭО) в диапазонах длин волн:

УФ-А1 (0,315 - 0,34) мкм в диапазоне ЭО от 0,1 до 50 Вт/м²,

УФ-А2 (0,34 - 0,40) мкм в диапазоне ЭО 0,1 - 200 Вт/ м²,

УФ-А (0,315 - 0,40) мкм в диапазоне ЭО 0,1 - 250 Вт/ м²,

УФ-В (0,28 - 0,315) мкм в диапазоне ЭО 0,01 - 5 Вт/ м²,

УФ-С (0,20 - 0,28) мкм в диапазоне ЭО 0,001 - 1 Вт/м².

Методы оценки погрешностей радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев, приведенные в настоящей методике, соответствуют рекомендациям Международной комиссии по освещению (МКО) № 53.

Настоящая методика поверки распространяется на радиометры (спектрорадиометры), используемые для измерения характеристик оптического излучения соляриев. Для средств измерений характеристик оптического излучения соляриев устанавливается межповерочный интервал один год.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ГОСТ 8.195-89 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,25 - 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,2 - 25,0 мкм»;

ГОСТ 8.207-76 «Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения»;

ГОСТ 8.552-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений потока излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,03 до 0,4 мкм»;

СанПиН 001-96 «Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях»;

ПР 50.2.006-94 «Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок проведения поверки средств измерений»;

ПР 50.2.012-94 «Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок аттестации поверителей средств измерений»;

СанПиН 4557-88. «Санитарные нормы УФ излучения в производственных помещениях».

3. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ РАДИОМЕТРОВ (СПЕКТРОРАДИОМЕТРОВ) ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛЯРИЕВ

Методика поверки радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев в соответствии с требованиями ПР 50.2.006 включает операции, указанные в табл. 1.

Таблица 1

4. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ РАДИОМЕТРОВ (СПЕКТРОРАДИОМЕТРОВ) ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛЯРИЕВ

При проведении поверки используются основные и вспомогательные средства, перечень которых приведен в табл. 2.

Таблица 2

5. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ

К поверке радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев допускают лиц, освоивших работу с радиометрами и используемыми эталонами, изучивших настоящие рекомендации, прошедших аттестацию в соответствии с ПР 50.2.012.

6. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Поверка средств измерений характеристик оптического излучения соляриев включает соблюдение правил электробезопасности [13]. Измерения могут выполнять операторы, аттестованные для работы по группе электробезопасности (не ниже III) и прошедшие инструктаж на рабочем месте по безопасности труда при эксплуатации электрических установок. При работе с источниками УФ излучения необходимо использовать средства защиты персонала от УФ излучения - защитные очки, щитки, перчатки и т.п. в соответствии с требованиями СанПиН 4557.

В помещении, в котором эксплуатируются источники УФ излучения, должна быть предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция для исключения вредного воздействия озона на людей. Концентрация озона в воздушной среде помещения должна соответствовать требованиям СанПиН 4557.

7. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

температура окружающего воздуха, °С.................................................................... 20 ± 5

относительная влажность воздуха при t = 25 °С, %............................................... 65 ± 15

атмосферное давление, кПа.......................................................................................... от 84 до 104

напряжение питающей сети, В..................................................................................... 220 ± 4

частота питающей сети, Гц........................................................................................... 50 ± 1

8. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

Методика поверки радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев включает подготовку к поверке, внешний осмотр, опробование и определение метрологических характеристик.

8.1. При подготовке к поверке необходимо включить все приборы в соответствии с их инструкциями по эксплуатации.

8.2. При внешнем осмотре должно быть установлено:

соответствие комплектности радиометров (спектрорадиометров) паспортным данным;

отсутствие механических повреждений блоков радиометров (спектрорадиометров), сохранность соединительных кабелей и сетевых разъемов;

четкость надписей на панели прибора;

наличие маркировки (тип и заводской номер прибора);

отсутствие сколов, царапин и загрязнений на оптических деталях прибора.

8.3. При опробовании должно быть установлено:

наличие показаний радиометра (спектрорадиометра) при его освещении УФ излучением;

правильное функционирование переключателей пределов измерений, режимов работы радиометров (спектрорадиометров).

8.4. Определение метрологических характеристик радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев.

8.4.1. Определение погрешности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев, возникающей из-за неидеальной коррекции спектральной чувствительности.

Измерения относительной спектральной чувствительности (ОСЧ) радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев проводят при первичной поверке для определения погрешности, вызванной отклонением реальной относительной спектральной чувствительности поверяемого радиометра (спектрорадиометра) от идеальной. ОСЧ поверяемого радиометра оптического излучения соляриев сравнивается с известной спектральной чувствительностью эталонного приемника УФ излучения, в составе РЭ по ГОСТ 8.552-2001 в диапазоне длин волн от 0,2 до 1,1 мкм. Дополнительные измерения относительной спектральной чувствительности поверяемого радиометра в видимой и ИК областях спектра необходимы для исключения грубых погрешностей, возникающих при измерении радиометром энергетической освещенности УФ излучения на фоне интенсивного длинноволнового излучения люминесцентных ламп.

8.4.1.1. Измерение относительной спектральной чувствительности в основном УФ диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм.

При измерении относительной спектральной чувствительности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев в основном диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм используют: излучатель на основе дейтериевой лампы типа ЛД(Д) с кварцевым окном в диапазоне длин волн от 0,20 до 0,34 мкм; излучатель на основе галогенной лампы накаливания типа КГМ-12-100 в диапазоне длин волн 0,34 - 0,4 мкм; монохроматор типа МДР-23 со спектральным разрешением не более 2 нм; эталонный приемник УФ излучения - фотодиод типа ФПД-1.

Эталонный приемник излучения и измерительный блок поверяемого прибора поочередно устанавливают за выходной щелью монохроматора таким образом, чтобы поток монохроматического излучения не выходил за пределы апертурной диафрагмы. Регистрацию показаний эталонного приемника I⁰(λ) и поверяемого прибора I(λ) проводят поочередно 5 раз на каждой длине волны с шагом 10 нм. Затем за выходной щелью монохроматора устанавливают светофильтр типа ЖС-16 толщиной 1 мм, непрозрачный в диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм, и определяют показания эталонного приемника J⁰(λ) и поверяемого прибора J(λ), соответствующие рассеянному излучению в монохроматоре. Результат i-го измерения ОСЧ поверяемого прибора S_i(λ) рассчитывают по известным значениям ОСЧ S⁰(λ) эталонного приемника по формуле

S_i(λ) = S⁰(λ) · [I_i(λ) - J_i(λ)] / [I _i⁰ (λ) - J _i⁰ (λ)]                                          (1)

Для каждой длины волны определяют среднее значение ОСЧ S(λ). Оценку относительного среднеквадратического отклонения S₀ результатов измерений для n независимых измерений определяют по формуле

,                                                  (2)

где n - число независимых измерений.

Граница относительной неисключенной систематической погрешности результата измерений ОСЧ Θ₀ определяется погрешностью РЭ ГОСТ 8.552-2001. Суммарное относительное среднеквадратическое отклонение результата измерения ОСЧ S_Σo определяют по формуле

S_Σo = (S₀² + Θ₀²/3) ^1/2.                                                                     (3)

Значение суммарного среднеквадратического отклонения (СКО) результата измерений, оцененного по формуле (3), не должно превышать 4 % - для диапазонов УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, 5 % - для диапазона УФ-В, 6 % - для диапазона УФ-С.

8.4.1.2. Измерение относительной спектральной чувствительности в дополнительном видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,4 до 1,1 мкм.

При измерении чувствительности поверяемого радиометра в дополнительном видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,4 до 1,1 мкм спектральное разрешение монохроматора выбирают в пределах 4 нм. В качестве источника излучения используют лампу накаливания типа КГМ-12-100, в качестве эталонного приемника излучения - кремниевый фотодиод типа ФД-288К. Измерения проводят с шагом 20 нм, как указано в 8.4.1.1. Значение суммарного СКО результата измерений, оцененного в соответствии с ГОСТ 8.207, не должно превышать 4 %.

При определении ОСЧ спектрорадиометра оптического излучения соляриев в основном диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм используется эталонный источник УФ излучения на основе дейтериевой лампы типа ЛД(Д), в составе РЭ СПЭО по ГОСТ 8.197. Эталонный источник устанавливают на расстоянии 0,5 м от спектрорадиометра так, чтобы значения СПЭО составляли (0,5 ÷ 5)·10⁵ Вт/м³ в диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм. Сигналы (показания) спектрорадиометра измеряют в единицах СПЭО - Вт/м³. ОСЧ поверяемого спектрорадиометра S(λ) определяют по отношению измеренных значений СПЭО к значениям СПЭО эталонного излучателя. Погрешность определения ОСЧ спектрорадиометра оценивают по формуле (3), по значениям СКО измеренных сигналов и значению предельной погрешности РЭ СПЭО по ГОСТ 8.197. Суммарное СКО при определении ОСЧ поверяемого спектрорадиометра в диапазонах УФ-А1, УФ-А2, УФ-А не должно превышать 4 %, в диапазоне УФ-В - 5 %, в диапазоне УФ-С - 6 %. Для определения ОСЧ поверяемого спектрорадиометра S(λ) в видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,4 до 1,1 мкм используют источник излучения - лампу типа КГМ-12-100, поверенную в качестве РЭ ЭО (Е_АВ, Вт/м²) по ГОСТ 8.195. При этом поверяемый спектрорадиометр устанавливают на оптической скамье на расстоянии 0,3 м от источника излучения. Регистрация показаний поверяемого УФ спектрорадиометра (в Вт/м²) в основном диапазоне указывает на наличие дополнительной нескоррегированной чувствительности S(λ) в диапазоне длин волн от 0,4 до 1,1 мкм, которую необходимо учитывать при оценке погрешности прибора. Среднее значение S(λ) по диапазону длин волн от 0,4 до 1,1 мкм определяют по формуле

S(λ) = I / E_vir.                                                              (4)

Погрешность определения ОСЧ радиометра (спектрорадиометра) оценивают по формуле (3). Значение суммарного СКО результата измерений ОСЧ не должно превышать 4 %.

Погрешность спектральной коррекции радиометра Θ₁, вызванную отклонением относительной спектральной чувствительности S_λ поверяемого радиометра (спектрорадиометра) от стандартной S^ст(λ), определяют по формуле

,                                  (5)

где E(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности контрольных источников УФ излучения;

E^ст(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ излучения.

Для определения возможности применения поверяемого прибора в качестве радиометра (спектрорадиометра) оптического излучения соляриев в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В, УФ-С в соответствии с настоящей методикой установлен перечень контрольных и стандартных источников излучения. Табулированные значения E(λ) и E^ст(λ) приведены в табл. 3 - 7 для спектрального интервала 5 нм. Расчет Θ₁ по формуле (5) рекомендуется выполнять с использованием специально разработанных компьютерных программ. Значение погрешности спектральной коррекции Θ₁ радиометра (спектрорадиометра) оптического излучения соляриев для каждого контрольного источника в диапазонах длин волн УФ-А и УФ-С не должно превышать 5 %, в диапазоне УФ-В - 4 %, в диапазонах УФ-А1 и УФ-А2 - 6 %.

Таблица 3

Значения E^ст(λ) стандартного источника для диапазона УФ-С-ртутной лампы среднего давления

Таблица 4

Значения E^ст(λ) стандартного источника для диапазонов УФ-А, УФ-А1, УФ-А2, УФ-В - ртутной лампы с люминофором типа ЛУФ

Таблица 5

Значения Е(λ) контрольного источника для диапазонов УФ-А, УФ-А1, УФ-А2, УФ-В - источника типа «А»

Таблица 6

Значения Е(λ) контрольного источника для диапазонов УФ-А, УФ-А1, УФ-А2, УФ-В, УФ-С - ртутной лампы с люминофором типа ЛЭ

Таблица 7

Значения Е(λ) контрольного источника для диапазона УФ-С - ртутно-вольфрамовой лампы

8.4.2. Определение погрешности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев, возникающей из-за неидеальной коррекции спектральной чувствительности в УФ, видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,2 до 1,1 мкм, с использованием контрольных источников излучения.

Измерение интегральной чувствительности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев по контрольным источникам излучения в УФ, видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,2 до 1,1 мкм проводят при периодической поверке для оценки погрешности, вызванной отклонением реальной относительной спектральной чувствительности поверяемого радиометра (спектрорадиометра) от идеальной (Θ₁), и определения границ диапазона измерений ЭО.

В основном УФ диапазоне длин волн от 0,2 до 0,4 мкм измерения проводят с использованием в качестве контрольных источников излучения ламп типов ЛУФ-40, ЛЭ-30, КГМ-12-100 в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, ламп типов ЛУФ-40, ЛЭ-30 в диапазоне УФ-В, ламп типов ДРТ-250, ЛЭ-30 в диапазоне УФ-С. При этом измерительные блоки опорного и поверяемого УФ радиометров поочередно устанавливают на оптической скамье на расстоянии 1 м от каждого из источников излучения и юстируют по углу для достижения максимального показания. Измерения показаний поверяемого и эталонного радиометров I и I⁰ проводят 5 раз для каждого контрольного источника, определяют среднее значение разности сигналов и суммарное СКО результатов измерений. Различие показаний поверяемого и эталонного радиометров: (I - I⁰) I⁰ для каждого контрольного источника не должно превышать в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2 - 6 %, в диапазонах УФ-А, УФ-С - 5 %, в диапазоне УФ-В - 4 %.

В видимом и ИК диапазонах длин волн от 0,4 до 1,1 мкм в качестве контрольного источника излучения используется лампа накаливания типа КГМ-12-100 с фильтром ЖС-16. Расстояние от источника излучения до измерительного блока поверяемого радиометра (спектрорадиометра) составляет 0,3 м. Регистрация сигнала измерительного блока поверяемого радиометра I_vir указывает на наличие нескорригированной чувствительности в видимом и ИК диапазонах длин волн S_vir, рассчитываемой по формуле

S_vir = I_vir / E_vir,                                                                     (6)

где E_vir - ЭО контрольного источника в диапазоне длин волн от 0,4 до 1,1 мкм.

К применению допускают радиометры (спектрорадиометры) оптического излучения соляриев, для которых значение S_vir не превышает 1·10^-3.

8.4.3. Определение погрешности абсолютной чувствительности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В, УФ-С.

При измерении абсолютной чувствительности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, УФ-В используется ртутная лампа с люминофором типа ЛУФ-40, в диапазоне УФ-С - ртутная лампа типа ДБ-30. На расстоянии 1 м от лампы на оптической скамье поочередно устанавливают эталонный радиометр и поверяемый прибор. Измерения сигналов эталонного радиометра i⁰ и поверяемого прибора i проводят поочередно 5 раз. Значение абсолютной чувствительности поверяемого прибора S рассчитывают по формуле

S = S⁰ i / i⁰,                                                                    (7)

где S⁰ - абсолютная чувствительность эталонного радиометра. Определяют среднее значение абсолютной чувствительности поверяемого прибора, суммарное СКО результатов измерений с учетом погрешности эталонного радиометра. Предельная погрешность определения абсолютной чувствительности Θ₂ в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А, УФ-В не должна превышать 4 %, в диапазоне длин волн УФ-А2 - 3 %, в диапазоне УФ-С - 5 %.

8.4.4. Определение погрешности радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев, возникающей из-за отклонений коэффициента линейности от единицы. Определение границ диапазона измерений энергетической освещенности.

Измерение коэффициента линейности радиометра (спектрорадиометра) УФ излучения соляриев проводят для определения границ диапазона измерений ЭО. Коэффициент линейности определяется отклонением чувствительности радиометра (спектрорадиометра) от постоянного значения в рабочем диапазоне измеряемой величины.

На оптической скамье устанавливают два источника УФ излучения - лампы типа ДКсШ-120. Расстояние между поверяемым радиометром (спектрорадиометром) и источниками излучения выбирают таким образом, чтобы показания радиометра соответствовали нижней границе диапазона измерений ЭО, указанной в паспорте поверяемого прибора и составляющей для радиометра оптического излучения соляриев не менее 100 мВт/м² в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, 10 мВт/м² - в диапазоне УФ-В и 1 мВт/м² - в диапазоне УФ-С. Регистрируют показания поверяемого радиометра (спектрорадиометра) отдельно от каждого из двух излучателей I₁ и I₂ и суммарный сигнал I_Σ от двух излучателей. Измерения проводят 5 раз с использованием экранирующих заслонок и рассчитывают коэффициент линейности K по формуле

K = I_Σ / (I₁ + I₂).                                                                (8)

Определяют среднее арифметическое значение коэффициента линейности K, СКО S₀, суммарное СКО результатов измерений по формуле (3). Рассчитывают погрешность радиометра Θ₃, вызванную отклонением коэффициента линейности прибора от единицы, по формуле

Θ₃ = 100 │K - 1│.                                                             (9)

При определении границ рабочего диапазона измерений энергетической освещенности поверяемого радиометра (спектрорадиометра) расстояние от источников излучения до радиометра (спектрорадиометра) уменьшают таким образом, чтобы значение энергетической освещенности от каждого источника излучения увеличилось на порядок. Регистрируют показания I₁, I₂, I_Σ и рассчитывают соответствующее значение погрешности Θ₃. Измерения повторяют каждый раз с увеличением значения энергетической освещенности на порядок до достижения верхней границы рабочего диапазона измерений энергетической освещенности радиометра (спектрорадиометра). По результатам измерений определяют границы рабочего диапазона энергетической освещенности, указанной в паспорте поверяемого прибора и составляющей для радиометра оптического излучения соляриев не менее 50 Вт/м² в диапазоне длин волн УФ-А1, 200 Вт/м² - в диапазоне УФ-А2, 250 Вт/м² - в диапазоне УФ-А, 5 Вт/м² - в диапазоне УФ-В и 1 Вт/м² - в диапазоне УФ-С. В пределах рабочего диапазона значение погрешности Θ₃ не превышает 2 % в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, 3 % - в диапазоне длин волн УФ-В, 5 % - в диапазоне длин волн УФ-С.

8.4.5. Определение погрешности УФ радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев, возникающей из-за неидеальной коррекции угловой зависимости чувствительности.

При измерении угловой зависимости чувствительности радиометра (спектрорадиометра) оптического излучения соляриев от угла падения потока излучения измерительный блок поверяемого радиометра (спектрорадиометра) устанавливают на неподвижное плечо гониометра типа ГС-5, на подвижное плечо гониометра устанавливают источник излучения - лампу типа ДКсШ-120. Регистрируют показания I(φ) поверяемого радиометра (спектрорадиометра) в зависимости от угла падения φ потока излучения в пределах от 0° до 85° с шагом 5°. Показания прибора для угла φ нормируют на показание прибора при нормальном падении потока излучения. Рассчитывают угловую зависимость f(φ) отклонения относительной чувствительности радиометра (спектрорадиометра) от функции cosφ по формуле

f(φ) = 100 {I(φ) / [ I(φ₀) соφ] - 1}.                                             (10)

Косинусную погрешность радиометра (спектрорадиометра) Θ₄ в процентах рассчитывают по формуле

.                                                      (11)

Значение Θ₄ рассчитывают с использованием аттестованных компьютерных программ. Значение Θ₄ не должно превышать 6 % - в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А; 5 % - в диапазонах длин волн УФ-А2, УФ-С; 7 % - в диапазоне длин волн УФ-В. При превышении указанного значения косинусной погрешности допускается ограничивать угол зрения радиометра (спектрорадиометра) оптического излучения соляриев с указанием в паспорте радиометра (спектрорадиометра) значений половинного угла зрения φ_m и поправочных коэффициентов, учитывающих угловые размеры излучателя.

8.4.6. Обработка результатов поверки радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев.

Относительное среднеквадратическое отклонение S_O результатов измерений для n независимых измерений рассчитывают по формуле (3).

СКО S_O радиометров (спектрорадиометров) оптического излучения соляриев не должно превышать 1 %.

Границу относительной неисключенной систематической погрешности Θ_O рассчитывают по формуле

.                                                        (12)

Источниками неисключенной систематической погрешности являются:

Θ₁ - погрешность спектральной коррекции (Θ₁ £ 6 % - в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, 5 % - в диапазонах длин волн УФ-А, УФ-В, 4 % - в диапазоне длин волн УФ-В по 8.4.1);

Θ₂ - погрешность определения абсолютной чувствительности (Θ₂ £ 4 % - в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А, УФ-В, 3 % - в диапазоне длин волн УФ-А2, 5 % - в диапазоне длин волн УФ-С по 8.4.2),

Θ₃ - погрешность, определяемая коэффициентом линейности (Θ₃ £ 2 % - в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-А2, УФ-А, 3 % - в диапазонах длин волн УФ-В, УФ-С по 8.4.3),

Θ₄ - погрешность, определяемая нестандартной угловой зависимостью чувствительности радиометра (спектрорадиометра) (Θ₄ £ 5 % - в диапазонах длин волн УФ-А1, УФ-С, 6 % - в диапазонах длин волн УФ-А2, УФ-А, 7 % - в диапазоне длин волн УФ-В с учетом коэффициентов угловой коррекции по 8.4.4).

Граница относительной неисключенной систематической погрешности средств измерений энергетической освещенности оптического излучения соляриев не должна превышать 10 %.

Предел допускаемой основной относительной погрешности рассчитывают по формуле

,                                          (13)

где K - коэффициент, определяемый соотношением случайной и неисключенной систематической погрешностей.

Так как Θ_O > 8 S_O, то случайной погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и Δ_O = Θ_O.

Результаты поверки средств измерений характеристик оптического излучения соляриев считаются положительными, если предел допускаемой основной относительной погрешности не превышает 10 %.

9. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

9.1. При положительных результатах поверки оформляют свидетельство о государственной поверке по ПР 50.2.006 и радиометр (спектрорадиометр) допускается к применению в качестве средства измерений характеристик оптического излучения соляриев в соответствии с настоящей методикой.

9.2. При отрицательных результатах поверки свидетельство о предыдущей поверке аннулируют и выдают извещение о непригодности по ПР 50.2.006.

2.5.2. Общие принципы поверки ультрафиолетовых радиометров, предназначенных для диагностики озонового слоя

Диагностика озонного слоя потребовала разработки стандарта, определяющего методику поверки соответствующих средств измерений и требования к основным характеристикам ультрафиолетовых радиометров. Ниже приведены основные положения ГОСТ Р 8.588-2001. Стандарт распространяется на средства измерений характеристик излучения - ультрафиолетовые многоканальные радиометры (далее - УФ МКР), предназначенные для определения толщины озонного слоя атмосферы Земли, и устанавливает методику поверки УФ МКР, используемых при озонном мониторинге, в соответствии с требованиями Международной метеорологической организации [21 - 23, 25]. Поверка осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.552-2001 и ГОСТ Р 8.588-2001.

Операции поверки УФ МКР приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Операции поверки УФ МКР

При проведении поверки используют основные и вспомогательные средства поверки, указанные в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Основные и вспомогательные средства, используемые для поверки УФ МКР

1. Определение метрологических характеристик.

1.1. Определение погрешности УФ МКР, обусловленной неидеальной коррекцией спектральной чувствительности.

Измерения относительной спектральной чувствительности (ОСЧ) каналов УФ МКР проводят в диапазоне длин волн 0,2 - 1,1 мкм.

ОСЧ каналов поверяемого УФ МКР сравнивают с ОСЧ эталонного приемника излучения (далее эталонный приемник), поверенного в диапазоне длин волн 0,2 - 1,1 мкм по ГОСТ 8.552. Измерения ОСЧ каналов поверяемого УФ МКР за пределами основного рабочего диапазона длин волн 0,28 - 0,40 мкм проводят для определения погрешности, вызванной влиянием интенсивного длинноволнового излучения Солнца.

При измерении ОСЧ в основном рабочем диапазоне длин волн 0,28 - 0,40 мкм используют источники УФ излучения - дейтериевую лампу типа ЛД(Д), монохроматор типа МДР-23, эталонный приемник УФ излучения - типа ФЭУ-142.

Эталонный приемник и канал поверяемого УФ МКР поочередно устанавливают за выходной щелью монохроматора таким образом, чтобы поток монохроматического излучения не выходил за пределы апертурной диафрагмы канала. Регистрацию показаний эталонного приемника в вольтах и поверяемого УФ МКР I(λ) в вольтах проводят поочередно 5 раз на каждой длине волны λ в пределах полосы пропускания канала с шагом 1 нм, вне полосы пропускания - с шагом 5 нм. Затем за выходной щелью монохроматора устанавливают светофильтр типа ЖС-12 толщиной 2 мм, непрозрачный в диапазоне длин волн 0,28 - 0,40 мкм, и регистрируют показания эталонного приемника I^эт(λ) в вольтах и поверяемого УФ МКР J(λ) в вольтах, соответствующие рассеянному излучению в монохроматоре.

ОСЧ поверяемого УФ МКР S(λ) рассчитывают по значениям ОСЧ S⁰(λ) эталонного приемника по формуле

S(λ) = S^эт(λ) · [I(λ)- J(λ)] / [I^эт(λ)- J^эт(λ)].                                       (2.21)

Для каждой длины волны определяют среднее арифметическое значение ОСЧ .

Относительное среднее квадратическое отклонение S₀ результатов n независимых измерений определяют по формуле

 ,                                             (2.22)

где n - число независимых измерений.

Суммарное относительное среднеквадратическое отклонение результата измерения ОСЧ S_Σ рассчитывают по формуле

S_Σ = (S_O² + Θ_O² / 3)^1/2,                                                 (2.23)

где Θ_O - граница относительной неисключенной систематической погрешности результатов измерений ОСЧ, определяемая погрешностью РЭ ЭО и ПИ по ГОСТ 8.552.

Значение суммарного СКО результата измерений ОСЧ должно быть не более 3 %.

При измерении ОСЧ каналов УФ МКР в диапазоне длин волн 0,38 - 1,1 мкм спектральное разрешение монохроматора выбирают в пределах 5 нм. В качестве источника излучения используют лампу накаливания типа КГМ 12-100, а в качестве эталонного приемника излучения - кремниевый фотодиод типа ФД-288К. Для каждого канала измерения проводят с шагом 10 нм.

По результатам измерений ОСЧ УФ МКР определяют погрешность спектральной коррекции, вызванную отклонением реальной относительной спектральной чувствительности S(λ) поверяемого УФ МКР от стандартной S^ст(λ). Стандартная относительная спектральная чувствительность каждого канала УФ МКР S^ст(λ₀) = 1 на рабочей длине волны λ₀. Вне рабочей длины волны S^ст(λ) = 0. Погрешность спектральной коррекции УФ МКР Θ₁, %, рассчитывают по формуле

,                                    (2.24)

где E^ст(λ₀) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ излучения на рабочей длине волны λ₀;

Е(λ₀) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ излучения на рабочей длине волны λ₀;

E^ст(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ излучения;

Е(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности контрольного источника УФ излучения.

Для определения возможности применения поверяемого УФ МКР для озонного мониторинга в соответствии с настоящим стандартом установлены стандартный и контрольный источники излучения. Табулированные значения E^ст(λ) и Е(λ) приведены в табл. 2.7, 2.8. Расчет Θ₁ по формуле (2.24) выполняют с использованием специально разработанных компьютерных программ. Для УФ МКР значение погрешности спектральной коррекции 6, должно быть не более 2 %.

Таблица 2.7

Значения E^ст(λ) стандартного источника излучения - типа D65

Таблица 2.8

Значения E(λ) контрольного источника излучения - ксеноновой лампы

1.2. Определение погрешности измерений абсолютной чувствительности УФ МКР в диапазоне длин волн 0,28 - 0,40 мкм.

При измерении абсолютной чувствительности каналов УФ МКР в качестве источника излучения используют дейтериевую лампу типа ЛД(Д) в составе РЭ СПЭО по ГОСТ 8.197. На расстоянии 0,3 м от лампы на оптической скамье устанавливают поверяемый УФ МКР. Измерения сигналов i_λ в вольтах каждого канала поверяемого прибора проводят 10 раз. Значение абсолютной чувствительности (АЧ) S_λ, В·м³/Вт, каждого канала поверяемого УФ МКР рассчитывают по формуле

S_λ = i_λ / E_λ,                                                                (2.25)

где Е_λ - значение СПЭО лампы типа ЛД(Д), В/м³.

Определяют среднее арифметическое значение АЧ поверяемого УФ МКР, суммарное СКО результатов измерений с учетом погрешности РЭ СПЭО. Погрешности измерений АЧ Θ₂ поверяемого УФ МКР определяются погрешностью РЭ СПЭО по ГОСТ 8.195. Значение Θ₂ должно быть не более 4 %.

1.3. Определение погрешности, обусловленной отклонением значения коэффициента линейности УФ МКР от единицы. Определение границ диапазона измерений СПЭО.

Измерение коэффициента линейности каналов УФ МКР проводят для определения границ диапазона измерений СПЭО. Коэффициент линейности определяют по отклонению реального значения АЧ канала УФ МКР от постоянного значения в диапазоне измерений СПЭО. На оптической скамье устанавливают два источника УФ излучения - лампы типа ДКсШ-120. Расстояние между поверяемым УФ МКР и источниками излучения выбирают таким образом, чтобы показания УФ МКР соответствовали нижней границе диапазона измерений СПЭО, приведенной в паспорте поверяемого УФ МКР и составляющей не более 10⁶ Вт/м³. Определяют показания поверяемого УФ МКР отдельно от каждого из двух источников излучения i₁ и i₂ и суммарное показание i_Σ от двух источников излучения в вольтах. Измерения проводят поочередно 5 раз с использованием экранирующих заслонок. Определяют среднее арифметическое значение показаний, относительное СКО S_O, относительное суммарное СКО S_Σo - результатов измерений.

Коэффициент линейности G в относительных единицах и погрешность Θ₃, вызванную отклонением коэффициента линейности УФ МКР от единицы, %, рассчитывают по формулам:

G = i_Σ / (i₁ + i₂),                                                             (2.26)

Θ₃ = 100 (G - 1).                                                            (2.27)

При определении границ диапазона измерений СПЭО поверяемого УФ МКР расстояние от источников излучения до прибора уменьшают таким образом, чтобы значение СПЭО от каждого источника излучения увеличилось на порядок. Определяют показания i₁, i₂, i_Σ и рассчитывают соответствующее значение погрешности Θ₃. Измерения повторяют, увеличивая значения СПЭО на порядок, до достижения верхней границы рабочего диапазона измерений СПЭО канала УФ МКР. По результатам измерений определяют границы рабочего диапазона измерений СПЭО поверяемого УФ МКР, в пределах которых значение Θ₃ для каждого канала УФ МКР не превышает 2 %.

1.4. Определение основной относительной погрешности УФ МКР проводят в соответствии с ГОСТ 8.207

Относительное среднее квадратическое отклонение S_O результатов n независимых измерений определяют по формуле (2.22).

СКО S_O, которое должно быть не более 1 % для всех каналов УФ МКР.

Границу относительной неисключенной систематической погрешности (НСП), Θ_O, %, определяют по формуле

,                                                     (2.28)

где - граница j-й неисключенной систематической погрешности.

Источниками НСП являются:

- погрешность, определяемая чувствительностью каналов за пределами основного рабочего диапазона (Θ₁ - 2 %);

Θ₂ - погрешность измерений абсолютной чувствительности (Θ₂ - 4 %);

Θ₃ - погрешность, определяемая коэффициентом линейности (Θ₃ - 2 %).

Граница относительной НСП УФ МКР не должна превышать 6 %.

Суммарное относительное среднее квадратическое отклонение результатов измерений СПЭО S определяют по формуле (2.23).

Предел допускаемой основной относительной погрешности рассчитывают по формуле

Δ_O = K S_Σo,                                                                                  (2.29)

где K - коэффициент, определяемый соотношением случайной и систематической погрешностей.

Для УФ МКР Θ_O > 8S_O, случайной погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и принимают Δ_O = Θ_O.

Результаты поверки УФ МКР считают положительными, если предел допускаемой основной относительной погрешности не превышает 6 %.

Воздействие оптического излучения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов на организм человека является важным фактором риска. Международные, национальные и региональные организации проводят большую работу по установлению основных характеристик, описывающих действие оптического излучения на организм человека. В последние годы все больше внимания уделяется установлению новых эффективных характеристик оптического излучения, основанных на многочисленных медицинских и гигиенических исследованиях, статистическом анализе связи физических факторов природной и производственной среды и возникновения заболеваний различной степени тяжести. Международными и национальными техническими комитетами проводится разработка единых норм для контроля характеристик оптического излучения, требований к методам и средствам измерений. Важнейшей особенностью развития парка средств измерений характеристик оптического диапазона является создание нового поколения компьютерных многоканальных приборов, отличающихся возможностью автоматического контроля достоверности измерительной информации. Разработанные в последние годы нормативные документы, методы и средства измерений позволяют проводить надежный контроль неблагоприятного воздействия на организм человека ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 2

1. ГОСТ 8.195-89. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,25 ÷ 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,2 - 25,0 мкм.

2. ГОСТ 8.197-86. ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости оптического излучения в диапазоне длин волн 0,04 - 0,25 мкм.

3. ГОСТ 8.552-2001. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений потока излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,03 до 0,40 мкм.

4. ГОСТ 8.558-93. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры.

5. ГОСТ 8.588-2001. ГСИ. Радиометры ультрафиолетового излучения для озонного мониторинга. Методика поверки.

6. ГОСТ 8.207-76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

7. ПР 50.2.006-94. ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений.

8. ПР 50.2.012-94. ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений.

9. СанПиН 4557-88. Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях.

10. МСанПиН 1-96. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях.

11. СанПиН 5804-91. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров.

12. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

13. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

14. Р 2.2.755-99. Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса.

15. МУ 2.2.4.706-98/ МУ ОТ РН 01-98. Оценка освещения рабочих мест.

16. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М: Энергоатомиздат, 1986 г.- 94 с.

17. CIE №53 Methods of characterizing the performance of radiometers and photometers. - 1982. - 24 p.

18. EN 60335-2-27/A51. Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch und ahnliche Zwecke. Teil 2: Besondere Anfondeamgen für Hautbehandlungs Geräte für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke mit Ultraviolett und Infrarorstrahlung.

19. DECRET 97-617 du 30 mai 1997 relatif a la vente et a la mise a disposition du public de certains appareils de bronzage utilisant des rayonnements ultraviolets. JORF, 1997.

20. CIE «Referent UV-Erythema Action Spectrum». Research Note in the CIE-Journal 6/1. 1987. - N1. - S.17 - 22.

21. WMO Guide to meteorological instruments and methods of observations, 6-th edition, WMO (World Meteorological Organization), 1996, WMO-8.

22. WMO Global atmosphere watch guide. WMO edition (WMO-86).

23. Report of the WMO meeting of experts on the quality assurance / Science experts and methods of the global atmosphere watch. WMO edition (WMO-113).

24. CGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) TLVs and BEIs; Threshold Limit Values for chemical substances and physical agents; Biological Exposure Indices, Cincinnati, ACGIH, 1987.

25. Комиссия по приборам и методам наблюдений. 12-я сессия Всемирной метеорологической организации. Касабланка. 4.12.98. Сокращенный и окончательный отчет с резолюциями.

26. Ультрафиолетовое излучение. - Женева: ВОЗ, 1995. - 315 с.

27. ГКСОС. Гигиенический критерий состояния окружающей среды 160. Ультрафиолетовое излучение. - Женева: ВОЗ, 1995.

28. Контроль физических факторов производственной среды, опасных для человека (гл. 5, авт. С.И. Аневский, B.C. Иванов, Ю.М. Золотаревский и др.). / Под ред. В.Н. Крутикова, Ю.И. Брегадзе, А.Б. Круглова. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 488 с.

29. Освещение на производстве. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение / Под ред. Н.Ф. Измерова. - М.: 1999.

30. J.F.Ready. Effects of light-power laser radiation. Academic Press. - New-York - London, 1974.

Глава 3. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Ю.И. Брегадзе, П.Ф. Масляев

Излучения, испускаемые в процессе ядерных превращений (потоки альфа- или бета-частиц, протонов, нейтронов, фотонов), при прохождении через среду проявляют особые свойства, которые принципиально отличают эти излучения от традиционных и известных ранее (радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения).

Обладая высокой начальной энергией, излучения, образующиеся при ядерных превращениях, легко пронизывают рой электронов, окружающих ядро, и в процессе взаимодействия с ними могут существенно изменить энергетическое состояние атома. Такими типичными процессами являются отрыв электрона от атома (ионизация) или перевод электрона с более глубокой, т.е. ближе расположенной к ядру оболочки, на более удаленную (возбуждение атома). Таким образом, по характеру взаимодействия с атомами и молекулами среды, излучения, испускаемые при радиоактивном распаде и ядерных превращениях, относятся к классу излучений, которые называются ионизирующими. К ним относятся также элементарные частицы, генерируемые на ускорителях, рентгеновское и тормозное фотонное излучение.

Ионизирующие излучения разделяют на непосредственно и косвенно ионизирующие излучения. К первому относятся потоки заряженных частиц: в частности альфа-, бета-, протоны, а также другие элементарные частицы или ионы различных атомов, генерируемых на ускорителях. Заряженные частицы, проходя через вещество, взаимодействуют преимущественно с электронами атомов и молекул среды. В процессе элементарных актов взаимодействия с электроном заряженная частица расходует часть своей энергии на отрыв электрона от атома. Лишенный одного или нескольких электронов атом оказывается заряженным положительно. Наряду с ионизацией, в процессе взаимодействия возможен перевод электрона с более близко расположенной к ядру оболочки на более удаленную - возбуждение атома. При этом, примерно половина энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в процессе взаимодействия, расходуется на ионизацию, а половина - на возбуждение. В облучаемом веществе, в частности, в биологической ткани, такое выделение энергии приводит к цепочке химических реакций и в результате к определенному биологическому эффекту.

К косвенно ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, а также тормозное (рентгеновское) излучение, генерируемое в рентгеновских трубках или различного типа ускорителях (фотоны широкого спектра энергий). Наряду с этим, к классу косвенно ионизирующего излучения относятся нейтроны и другие нейтральные элементарные частицы, образующиеся в процессе ядерных превращений.

Фотон не обладает зарядом, поэтому непосредственно ионизации не производит. В процессе прохождения через вещество фотон также взаимодействует в основном с электронами атома, при этом в каждом акте взаимодействия передает электрону часть или всю свою энергию. Образованные, так называемые вторичные электроны, в последующих процессах взаимодействия производят ионизацию и возбуждение атомов. Таким образом, ионизация происходит не в первичных актах взаимодействия фотонов с веществом, а как результат передачи энергии веществу вторичными заряженными частицами.

Взаимодействие нейтронов с веществом, вернее с ядрами атомов, существенно отличается от взаимодействия фотонов и непосредственно ионизирующего излучения. Нейтроны любых энергий взаимодействуют с ядрами атомов среды. В этом случае ядра атомов, получившие в результате такого взаимодействия часть кинетической энергии нейтрона (ядра отдачи), «выскакивают» из электронной оболочки и, будучи положительно заряженными, при своем движении в веществе производят ионизацию. Ядра отдачи - это лишь один из результатов взаимодействия нейтронов с веществом. Он присущ, в первую очередь, нейтронам, обладающим большой энергией (больше 200 кэВ), так называемым быстрым нейтронам. Помимо этого, при взаимодействии нейтронов с веществом возможны ядерные реакции, сопровождаемые вылетом заряженных частиц различного типа и фотонов; возможно также деление ядра. При некоторых ядерных реакциях образуются искусственные радионуклиды, которые не входили в состав данного вещества. Таким образом, взаимодействие нейтронов с веществом имеет своим следствием образование целого набора различного сорта вторичных заряженных частиц или фотонов, которые в конечном итоге производят ионизацию.

Все источники ионизирующих излучений можно разделить на три группы:

природные, которые существуют с момента образования планеты. К ним относятся космическое излучение и естественно-радиоактивные нуклиды, содержащиеся в земной коре и объектах окружающей среды;

техногенные. Это источники, образуемые за счет локального изменения распределения естественных источников радиации, что приводит к изменению уровня радиационного воздействия в отдельных регионах или при определенных условиях жизнедеятельности;

антропогенные. Источники радиации, созданные человеком. Это рентгеновские аппараты, ускорители, ядерные реакторы, термоядерные установки, искусственные радионуклиды.

На основании результатов многочисленных радиобиологических экспериментов в течение нескольких последних десятилетий неоднократно менялась концепция нормирования действия ионизирующих излучений на человека, в том числе на профессионально работающих в условиях воздействия этого потенциально опасного физического фактора. Менялись не только дозовые пределы, но и величины, характеризующие воздействие этого вида радиации на организм человека.

Введение в действие новых Норм радиационной безопасности - НРБ-99 [35] и Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности - ОСПОРБ-99 [36] было вызвано необходимостью учитывания опыта ликвидации катастрофы на Чернобыльской АЭС и потребностью существенного изменения системы обеспечения радиационной безопасности и в первую очередь - коренной перестройки научно-методического и приборного обеспечения этой системы.

3.1. Характеристики источников и полей ионизирующих излучений, степени воздействия излучений на объекты

Для характеристики источников ионизирующих излучений, полей ионизирующих излучений и взаимодействия ионизирующих излучений с облучаемыми объектами используется множество различных физических величин, предложенных как международными организациями, такими как Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ, ICRU) и Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ, ICRP) [27, 29, 33, 34], так и отечественными нормативными документами [6, 11, 15]. Остановимся лишь на важнейших.

Основной величиной, характеризующей радионуклидный источник, является активность радионуклида в источнике.

Активность - отношение числа dN спонтанных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида, происходящих в источнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу времени

А = dN / dt.

Единицей измерения активности в Международной системе единиц (СИ) является обратная секунда - с^-1 (распад в секунду), имеющая специальное название беккерель (Бк). Соотношение между внесистемной единицей кюри и единицей беккерель: 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

На практике широко используются производные от активности величины: удельная активность источника и объемная активность источника.

Удельная активность источника - отношение активности А радионуклида в источнике (образце) к массе m источника (образца) или к массе элемента соединения

А_m = А / m.

Единица измерения удельной активности источника - Бк/кг.

Объемная активность источника - отношение активности А радионуклида в источнике (образце) к его объему V

A_v = A / V.

Единица измерения объемной активности источника - Бк/м³.

Специфической величиной, производной от объемной активности и используемой для характеристики радона и торона во вдыхаемом воздухе, является эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) радона (²²²Rn) и торона (²²⁰Rn). ЭРОА - это объемная активность радона (торона), находящегося в равновесии с короткоживущими дочерними продуктами, имеющими то же значение скрытой энергии, что и короткоживущие дочерние продукты данной неравновесной смеси. При этом

(ЭРОА)_Rn = f_Rn · С_Rn,

(ЭРОА)_Tn = f_Тп · С_Tп,

где f_Rn и f_Тп - коэффициенты равновесия радона и торона с короткоживущими дочерними продуктами их распада; С_Rn и С_Тn - объемные активности радона и торона.

Для характеристики поля излучения используется ряд радиометрических и дозиметрических величин.

Флюенс частиц - отношение числа частиц dN, проникающих в элементарную сферу, к площади центрального сечения dS этой сферы

Ф = dN / dS.

Плотность потока частиц - флюенс за единицу времени

φ = dФ / dt.

Экспозиционная доза - отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха в указанном объеме

X = dQ / dm.

Единица СИ экспозиционной дозы - кулон на килограмм (Кл/кг). На практике используется внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген (Р). Соотношение между этими единицами: 1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг.

В течение нескольких десятилетий экспозиционная доза и ее мощность были по существу единственными величинами, характеризующими поле ионизирующих излучений. Эти величины наносились на шкалы приборов многочисленных типов. Недостатком этих величин было то, что они являлись характеристиками поля только фотонного излучения и плохо коррелировали с эффектами, возникающими в объектах под действием облучения. В настоящее время выпуск приборов для измерений экспозиционной дозы и ее мощности прекращен.

Целый ряд величин был введен в дальнейшем на основе энергии излучения, передаваемой веществу, находящемуся в радиационном поле. Основной из них является поглощенная доза.

Поглощенная доза - отношение средней энергии de, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме

D = de / dm.

Единицей поглощенной дозы в СИ является Дж/кг, имеющая специальное название грей (Гр). Соотношение между ранее используемой единицей измерения поглощенной дозы рад и Гр: 1 рад = = 0,01 Гр = 10 мГр. Поглощенная доза может использоваться для характеристики воздействия всех видов ионизирующих излучений в любой точке облучаемого объекта.

Чтобы охарактеризовать поле излучения в отсутствие облучаемого объекта, в РД 50-454-84 [11] введена величина - полевая поглощенная доза.

Полевая поглощенная доза - поглощенная доза в центре шара радиусом 1 г/см² из рассматриваемого вещества, совмещенном с точкой поля ионизирующего излучения, в которой она определяется.

Если известен флюенс частиц и их спектральное распределение, для характеристики поля излучения, как в отсутствии объекта, так и внутри него используется величина, получившая название кермы. Эта величина применима для характеристики поля только косвенно ионизирующего излучения, чаще всего поля нейтронного излучения.

Поглощенная доза, характеризующая воздействие ионизирующего излучения на облучаемый объект, не может достаточно адекватно служить мерой биологического действия на живой организм. Это связано с тем, что биологический эффект зависит не только от величины поглощенной энергии, но и ряда других параметров, обусловленных характером и условиями облучения (равномерность распределения поглощенной дозы в организме, дробность облучения, мощность дозы и т.д.). Существенным фактором является плотность ионизации, производимой частицами при их прохождении через среду (или линейная передача энергии, ЛПЭ). Поскольку плотность ионизации, например, у альфа-частиц значительно больше, чем у бета-частиц (электронов), то биологический эффект при одной и той же поглощенной дозе будет больше при облучении альфа-частицами, чем бета-частицами или гамма-излучением.

Поэтому в целях радиационной безопасности, где реализуются условия облучения в малых дозах, введена дозиметрическая величина - эквивалентная доза H_TR, позволяющая оценить возможный ущерб здоровью человека при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава.

Эквивалентная доза - произведение средней поглощенной дозы D_TR от излучения R в ткани или органе Т на взвешивающий коэффициент для данного излучения w_r

H_TR=w_R · D_TR.

Значения w_r установлены на основе обобщения и анализа эффектов воздействия излучений разных видов на биологические объекты при очень малых дозах (до нескольких десятков мГр). В НРБ-99 устанавливаются следующие, заимствованные из рекомендаций МКРЗ [29], значения для взвешивающих коэффициентов излучений:

Фотоны любых энергий.................................................................. 1

Электроны и мюоны любых энергий............................................ 1

Нейтроны с энергий менее 10 кэВ................................................ 5

От 10 кэВ до 100 кэВ.................................................................. 10

От 100 кэВ до 2 МэВ.................................................................. 20

от 2 МэВ до 20 МэВ.................................................................... 10

более 20 МэВ.................................................................................... 5

Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи....... 5

Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра......................... 20

Примечание - Все значения относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутреннего облучения - испускаемому при ядерном превращении.

При воздействии различных видов излучений с различными взвешивающими коэффициентами излучений эквивалентная доза в органе определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения

Н_T = Σ_R H_TR.

Единицей эквивалентной дозы в СИ является Дж/кг, имеющая специальное наименование зиверт (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр; 1 бэр = 0,01 Зв = 10 мЗв.

Поскольку органы и ткани человека обладают различной радиочувствительностью, то для оценки эффекта облучения всего организма используется понятие эффективной дозы Е. Она так же, как и эквивалентная доза применима только для хронического облучения в малых дозах и является мерой оценки выхода отдаленных последствий облучения. Эффективная доза Е - основная дозиметрическая величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека или отдельных органов с учетом их радиочувствительности.

Эффективная доза - сумма произведений эквивалентной дозы в органе Н_Т на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани w_t

Е =Σw_t · Н_Т.

Подход к выбору значений взвешивающих коэффициентов для органов и тканей на основе анализа информации об относительном вкладе отдельных органов и тканей в суммарный ущерб при облучении человека в малых дозах приведен в рекомендациях МКРЗ [29].

В НРБ-99 устанавливаются следующие значения взвешивающих коэффициентов для тканей и органов при расчете эффективной дозы:

Гонады.............................................................................................. 0,20

Костный мозг (красный)................................................................. 0,12

Толстый кишечник (прямая, сигмовидная, нисходящая часть ободочной кишки)........................................................................................................... 0,12

Легкие............................................................................................... 0,12

Желудок............................................................................................ 0,12

Мочевой пузырь............................................................................... 0,05

Грудная железа................................................................................. 0,05

Печень............................................................................................... 0,05

Пищевод........................................................................................... 0,05

Щитовидная железа......................................................................... 0,05

Кожа.................................................................................................. 0,01

Клетки костных поверхностей....................................................... 0,01

Прочие органы................................................................................. 0,05

                                                                                                            Σw_t = 1

Как будет изложено далее, именно эквивалентная и эффективная дозы являются основными величинами, нормируемыми при оценке хронического воздействия на организм человека ионизирующей радиации.

Эффективная доза является величиной, которая не может быть непосредственно измерена дозиметрическими приборами. Поэтому МКРЕ [33], а затем и отечественные нормативные документы [11, 15] ввели ряд новых дозиметрических величин, получивших название эквидозиметрических.

Основной величиной в этой группе величин является эквивалент дозы.

Эквивалент дозы - произведение поглощенной дозы в данном элементе объема биологической ткани стандартного состава D на средний коэффициент качества ионизирующего излучения k в этом элементе объема

H = D · k.

С помощью безразмерного коэффициента качества учитывается различие в биологическом действии разных видов излучения. Значения коэффициента качества регламентируются эмпирически устанавливаемой по радиобиологическим и эпидемиологическим данным зависимостью от линейной передачи энергии (ЛПЭ), L. Коэффициент качества излучения определен МКРЗ как

k(L) =	{	1	при L £ 10,
		0,32 ´ L - 2,2	при 10 < L < 100,
			при L ³ 100

где L выражена в кэВ/мкм.

Примечание - Эта величина, введенная МКРЗ в публикации 6 [27], называлась dose equivalent, что соответствует переводу на русский язык как эквивалент дозы, однако на русский язык этот термин был переведен как эквивалентная доза [11]. С введением МКРЗ новой величины equivalent dose [29] и включением ее в НРБ-99 с наименованием эквивалентная доза (см. выше) целесообразно, чтобы избежать путаницы, изменить ранее используемый термин «эквивалентная доза» на более правильный термин «эквивалент дозы».

Эквивалент дозы используется для определения так называемых операционных величин (см. разд. 6.4.).

Поглощенную дозу и эквивалент дозы нельзя определить в поле излучения, не внеся в него предварительно объект определенного размера и формы и не указав, в какой точке объекта определяются эти величины. В случае полевой поглощенной дозы (см. ранее) объектом, вносимым в поле излучения, являлся шар из некоторого вещества с радиусом 1 г/см². Аналогично был определен полевой эквивалент дозы [11].

Полевой эквивалент дозы - эквивалент дозы в центре шара радиусом 1 г/см² из тканеэквивалентного¹ вещества, совмещенном с точкой поля ионизирующего излучения, в которой он определяется.

¹Когда говорят о тканеэквивалентном веществе или тканевой дозе, имеют в виду поглощенную дозу в мягкой биологической ткани (мышцах) условного человека, весовой состав которого принимается следующим (%): водород - 10,1; углерод - 11,1; азот - 2,6; кислород - 76,2.

В [15] введены две новые величины - амбиентный эквивалент дозы и индивидуальный эквивалент дозы. Для определения первой величины в поле излучения вносится шар из тканеэквивалентного вещества, а второй, параллелепипед размером 300´300´150 мм из того же вещества [32]. Это позволяет по возможности учесть влияние излучения, рассеянного в теле человека.

Амбиентный эквивалент дозы (амбиентная доза) (H*(d)) - эквивалент дозы, который был бы создан в шаре диаметром 30 см из тканеэквивалентного вещества плотностью 1 г/см³ (шаровой фантом человека, предложенный МКРЕ) на глубине d (мм) от поверхности по диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излучения, идентичном рассматриваемому по составу, флюенсу и энергетическому распределению, но мононаправленном и однородном.

Рис. 3.1. Схема определения H*(d)

Рис. 3.2. Схема определения H_p(d)

Индивидуальный эквивалент дозы (H_p(d)) - эквивалент дозы в мышечной биологической ткани, определяемый на глубине d (мм) под рассматриваемой точкой на теле человека.

Схемы определения величин амбиентного и индивидуального эквивалентов дозы показаны на рис. 3.1 и 3.2.

3.2. Механизм воздействия ионизирующего излучения на организм человека

Ионизация и возбуждение играют существенную роль в развитии радиационно-индуцированных эффектов, особенно в биологических системах.

В простых веществах, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента (газы, металлы и т.д.), процессу ионизации сопутствует процесс рекомбинации. Ионизированный атом присоединяет к себе один из свободных электронов, которые всегда имеются в среде, в результате вновь образуется нейтральный атом. Возбужденный атом возвращается в нормальное состояние в процессе перехода электрона на освободившееся место на ближайшей к ядру оболочке с внешних оболочек атома. При этом происходит испускание одного или нескольких фотонов характеристического излучения. Таким образом, ионизация и возбуждение атомов простых веществ не приводит к каким-либо изменениям физико-химической природы облучаемой среды. Иначе обстоит дело при воздействии ионизирующего излучения на сложные органические вещества, молекулы которых состоят из большого числа различных атомов.

Следствием акта ионизации является скачкообразное изменение электромагнитного поля молекулы, что приводит к разрыву 10 - 15 химических связей. Следовательно, при ионизации и возбуждении сложных молекул происходит их дезинтеграция в результате разрыва химических связей. Это так называемое прямое действие ионизирующего излучения.

Существенную роль в формировании радиационно-индуцированных эффектов в биологической ткани играет механизм косвенного действия ионизирующего излучения. Под косвенным действием ионизирующего излучения понимают радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды, образующими так называемые свободные радикалы, Н* и ОН*, по следующей схеме

Н₂О⁺ = Н⁺ + ОН*,

Н₂O^- = Н* + ОН^-.

В присутствии кислорода образуется также свободный радикал гидроперекиси НО₂* и перекись водорода, являющиеся сильными окислителями.

Образовавшиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, приводят к образованию новых веществ, могут ускорять или замедлять те или иные химические процессы.

Применительно к биологической ткани, в которой 60 - 70 % по массе составляет вода, свободные радикалы вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму - токсины. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций или системы организма в целом.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом и вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на сложные органические соединения, в том числе и белковые молекулы. В результате эффект, обусловленный воздействием ионизирующего излучения, зависит не столько от количества поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько от той формы, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение.

Сопоставление наблюдаемых радиационных эффектов в живом организме с величиной тепловыделения дает удивительно высокую эффективность утилизации энергии ионизирующего излучения. Так, при дозе излучения, вызывающей гибель живого организма, эквивалентная величина тепловой энергии едва ли больше энергии, заключенной в стакане горячего чая.

Для человека крайне тяжелая степень лучевой болезни при общем остром облучении гамма-излучением соответствует средней поглощенной дозе 6 грей или 420 Дж на все тело (70 кг). Если эту энергию подвести в виде тепла, то она повысит температуру тела едва ли на 0,01 градуса.

Новые соединения, возникшие в живых клетках под действием свободных радикалов, вызывают нарушения кинетики клеточного деления, взаимодействие клеток, изменение их генетического аппарата или гибель. Если в генетическом аппарате половых клеток происходят стойкие изменения, то в результате могут возникнуть генетические изменения (мутации) у потомства облученной особи.

Изменение в клеточной структуре ведет к нарушению обменных процессов в организме либо к ранним физиологическим эффектам. Это приводит к нарушению функций тканей и органов, в результате чего происходит поражение всего организма.

Изменения, происходящие в организме под воздействием радиации, могут проявиться в виде клинических эффектов через сравнительно короткий промежуток времени (часы, дни). Это так называемые детерминированные эффекты. Наряду с этим, реакция организма на облучение может проявиться через длительный промежуток времени (годы, десятилетия). Это - отдаленные последствия. Кроме того, в организме под воздействием радиации может произойти нарушение структурных элементов, ответственных за наследственность. В этом случае эффекты могут проявиться в виде врожденных пороков у следующих поколений. Поэтому при оценке опасности облучения, которой могут подвергаться отдельные контингенты людей и популяции в целом, радиационные эффекты принято дифференцировать на соматические и генетические. К соматическим эффектам относятся те изменения в состоянии здоровья, которые произошли у данного индивидуума в результате облучения. Соматические эффекты проявляются в виде детерминированных (лучевая болезнь различной тяжести, локальные лучевые повреждения отдельных органов и тканей, стойкие функциональные нарушения), а также в виде отдаленных последствий [46, 47, 51].

Для детерминированных эффектов характерно наличие связи между уровнем облучения и реакцией организма. Причем они имеют порог, т.е. проявляются после превышения некоторой определенной дозы облучения.

Накопленный к настоящему времени большой материал, полученный на основе экспериментов над животными, а также на основе обобщения многолетних данных о состоянии здоровья рентгенологов, радиологов и других лиц, которые подвергались воздействию радиации, показывают, что при однократном равномерном облучении всего тела в дозе до 0,5 Зв детерминированные эффекты не проявляются, т.е. нельзя обнаружить какие-либо изменения в состоянии здоровья человека современными методами. Не наблюдается также изменение крови, которая прежде всего реагирует на лучевое воздействие.

Различные формы лучевой болезни развиваются при дозах выше 1 Зв. Крайне тяжелая форма лучевой болезни, приводящая к смертельному исходу в 100 % случаев, наблюдается при дозе, превышающей 6 Зв. Причиной смерти чаще всего являются инфицированные заболевания и кровоизлияния.

Рассмотренная выше картина лучевой болезни различной степени тяжести в зависимости от дозы относится к случаю однократного облучения всего тела. Если же облучение в этой дозе произвести не однократно, а растянуть по времени, то эффект облучения будет снижен. Это связано с тем, что живые организмы, в том числе и человек, способны восстанавливать нормальную жизнедеятельность после тех или иных ее нарушений.

В случае систематически повторяющегося облучения в дозах, не вызывающих острой лучевой болезни, но значительно больше предельно допустимых, может развиваться хроническая лучевая болезнь. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в составе крови (уменьшение числа лейкоцитов, малокровие) и ряд симптомов со стороны нервной системы.

Признаки хронической лучевой болезни не специфичны и встречаются иногда при болезнях, развивающихся вследствие других причин. Поэтому диагностировать хроническую лучевую болезнь можно лишь в том случае, если достоверно известно, что в течение длительного времени человек подвергался лучевому воздействию.

Согласно установленным радиобиологическим данным реакция организма на облучение может проявиться и в отдаленные сроки (через 10 - 20 лет). Такими реакциями могут являться лейкозы, злокачественные опухоли различных органов и тканей, катаракты, поражения кожи, сокращение продолжительности жизни (старение, ведущее к преждевременной смерти, не связанное с какой-либо определенной причиной). Следует отметить, что такие отдаленные последствия облучения, как катаракта, бесплодие, сокращение продолжительности жизни имеют пороговый характер. Вероятность возникновения этих эффектов резко возрастает при превышении некоторой пороговой дозы и пренебрежимо мала или практически не обнаруживается при меньших дозах. Лучевая катаракта возникает только в том случае, когда эквивалентная доза гамма-излучения, накопленная в хрусталике глаза при хроническом облучении, превысит 15 Зв или 5 Зв при облучении нейтронами. Бесплодие, обусловленное облучением, проявляется только в том случае, если суммарная доза на яичники превысит 3,0 Зв. Сокращение продолжительности жизни не обнаруживается при дозе менее 2,0 Зв. Что касается таких отдаленных последствий, как злокачественные новообразования различных органов и тканей, которые обуславливают основной соматический риск облучения в малых дозах, то их появление у облученного контингента порой невозможно связать с предшествующим облучением.

Совершенно очевидно, что для конкретного человека, облученного в дозе, которая не вызвала детерминированного эффекта, практически невозможно установить причинную связь между облучением и появлением, например, лейкемии, поскольку это заболевание может быть обусловлено другими вредными факторами нерадиационного характера. Даже если в результате облучения у данного индивидуума наблюдались некоторые изменения в состоянии здоровья, которые были восстановлены в процессе лечения, то также трудно однозначно констатировать, что возникшие у него в отдаленные сроки злокачественные новообразования являются результатом лучевого воздействия, а не других факторов.

Оценивать масштабы таких отдаленных последствий можно, рассматривая только вероятность появления соматических эффектов у большого контингента людей. Эффекты реакции организма, которые оцениваются статистическими методами, называются соматико-стохастическими.

Таким образом, отдаленные последствия воздействия радиации могут оцениваться лишь по вероятности выхода злокачественных новообразований, т.е. по риску заболеваний при данном уровне лучевого воздействия.

Полученные экспериментальные данные на животных, а также более чем 30-летние наблюдения за людьми, перенесшими атомную бомбардировку в Хиросиме и Нагасаки или прошедшими курс лучевой терапии, показывают, что отдаленные последствия обусловлены облучением в сравнительно больших дозах. Например, у пострадавших в Хиросиме и Нагасаки достоверно обнаруживается более высокая частота возникновения рака, чем у необлученного контингента, лишь при дозе более 0,7 Зв, а частота выявления лейкемии в зрелом возрасте составляет 0,2 - 0,5 % при дозе 1,0 Зв.

Таким образом, имеющиеся в настоящее время радиобиологические данные позволяют достоверно оценить выход неблагоприятных отдаленных последствий при сравнительно больших дозах облучения (примерно 0,7 Зв и более).

В настоящее время достоверно не обнаружено повышенного выхода отдаленных последствий у людей, в течение длительного времени облучающихся в дозах, превышающих в 10 - 100 раз естественный радиационных фон, т.е. 0,01 - 0,1 Зв в год. Однако это еще не означает однозначно, что при этих уровнях облучения отдаленные последствия отсутствуют.

При воздействии излучения на биообъекты, наряду с проявлением негативного воздействия на организм (соматические эффекты), может произойти повреждение наследственных структур. В результате неблагоприятные последствия облучения проявятся в последующих поколениях. Это так называемые генетические эффекты.

Под воздействием ионизирующего излучения могут возникнуть стойкие нарушения в половых клетках, приводящие к мутациям, т.е. к появлению у облученных особей потомства с другими признаками. Генетические эффекты, также как и радиационно-соматические отдаленные последствия, относятся к категории стохастических процессов.

Наблюдения за последствиями облучения человека дают очень мало информации для оценки генетической опасности, обусловленной облучением. Накопленные к настоящему времени радиобиологические данные дают основание полагать, что удвоение естественного числа генетических нарушений у новорожденных может наблюдаться при дозе на популяцию 1 Зв. Вообще, вероятность выхода генетических отдаленных последствий на единицу дозы примерно в 3 раза меньше, чем соматических [44].

Следует отметить, что, в основном, оценка выхода стохастических эффектов основана на концепции их беспорогового появления, т.е. количество эффектов пропорционально значениям дозы вплоть до самых малых значений, а тяжесть эффекта не зависит от значения дозы. Хотя эта концепция принята организациями, компетентными в нормировании в области радиационной безопасности, она не является бесспорной и имеются экспериментальные данные, которые ставят ее под сомнение [44].

3.3. Источники ионизирующей радиации

Где бы человек не находился - на предприятии или в доме, в самолете или поезде, в горах или океане - он всегда подвержен воздействию радиации.

Все живые существа, населяющие нашу планету, в том числе и человек, развивались и развиваются в условиях постоянного контакта с радиоактивными веществами, которые содержатся во всех объектах окружающей среды и населяющих существ, в том числе, и в теле человека. Таким образом, радиация является неотъемлемым фактором обитания на планете Земля.

Все источники радиации можно разделить на три группы:

природные, которые существуют с момента образования планеты. К ним относятся космическое излучение и естественно-радиоактивные нуклиды (ЕРН), содержащиеся в земной коре и объектах окружающей среды;

техногенные. Это источники, образуемые за счет локального изменения распределения естественных источников радиации, что приводит к изменению уровня радиационного воздействия в отдельных регионах или при определенных условиях жизнедеятельности;

антропогенные. Это источники радиации, созданные человеком: рентгеновские аппараты, ускорители, ядерные реакторы, термоядерные установки, искусственно-радиоактивные радионуклиды.

3.3.1. Природный радиационный фон

Природный (естественный) радиационный фон формируется ионизирующими излучениями, приходящими на Землю из Космоса, и излучениями, возникающими в процессе радиоактивного распада радионуклидов, содержащихся в земной коре (ЕРН).

Эффективная доза, создаваемая космическим излучением на уровне моря, составляет 0,32 мЗв в год. С удалением от поверхности земли интенсивность космического излучения возрастает. В результате для людей, проживающих в горной местности, дозовая нагрузка в несколько раз больше. На высоте полетов современных самолетов уровень космического излучения в несколько десятков раз больше.

Есть основания полагать, что на заре формирования нашей планеты в земной коре имелись радионуклиды практически всех химических элементов. Но до наших дней сохранились в заметных количествах те радионуклиды, которые обладают большими периодами полураспада Т_1/2; в первую очередь, к ним относятся калий-40 (Т_1/2 = 1,3 млрд. лет), уран-238 (Т_1/2 = 4,5 млрд. лет), уран-235 (Т_1/2 = 0,7 млрд. лет) и торий-232 (Т_1/2 = 14 млрд. лет). Известно, что уран-238 и 235 и торий-232 образуют так называемые радиоактивные семейства, т.е. цепочку радионуклидов, где каждый последующий есть продукт распада предыдущего. Конечным продуктом распада у этих семейств являются стабильные изотопы свинца. Таким образом, наряду с ураном и торием в природе существуют радиоактивные изотопы химических элементов с порядковыми номерами от Z = 92 (уран) и Z = 90 (торий) до Z = 82 (свинец), периоды полураспада этих изотопов варьируют в очень широких пределах: от миллионной доли секунды до тысяч лет.

Следует обратить внимание, что один из продуктов распада представляет собой газ, который называется эманацией. В семействе урана-238 - это радон, в семействе тория-230 - торон, а в семействе урана-235 - актинон. Торон и актинон являются изотопами инертного газа радона.

Именно вследствие наличия газообразных радионуклидов в радиоактивных семействах, эти радионуклиды и их продукты распада в заметных количествах содержатся в воздухе, водоемах, почве.

Внешнее облучение людей, обусловленное излучением естественных радионуклидов, определяется их содержанием в почве. Основной вклад в дозу вносят калий-40, а также радий и его радиоактивные продукты распада. Вместе с тем, содержание в почве этих радионуклидов может меняться в широких пределах. Как правило, в двухкомпонентных смесях песка и глины содержание этих радионуклидов возрастает с увеличением в пробе глинистой фракции, достигая максимальных значений для чистой глины. Не менее существенным для формирования мощности дозы вне зданий в городских условиях является радиоактивность природного облицовочного камня.

Для 95 % населения земного шара годовая эффективная доза внешнего облучения, обусловленная гамма-излучением естественных радионуклидов, составляет в среднем 0,35 мЗв. Мощность эффективной дозы от природных источников на территории России, измеренная на открытой местности, находится в пределах 0,05 - 0,2 мкЗв/ч. Это обстоятельство надо принимать во внимание при изменениях мощности дозы от возможных техногенных и антропогенных источников.

Естественные радионуклиды, содержащиеся в земной коре и объектах окружающей природной среды, поступают в организм человека с пищей, водой и из воздуха в процессе дыхания.

Основными естественными радионуклидами, формирующими дозу внутреннего облучения, являются калий-40, а также радий и его продукты распада. В организм человека калий-40 поступает преимущественно с пищей и его вклад в дозу внутреннего облучения превышает 50 %. Концентрация калия-40 в большинстве пищевых продуктов варьирует в довольно широких пределах от 20 до 220 Бк/кг, достигая 670 Бк/кг в бобах, какао, соевой муке. Это обстоятельство следует иметь в виду при контроле пищевых продуктов на радиоактивность. В теле человека активность калия-40 составляет примерно 4200 Бк.

Годовая эффективная доза внутреннего облучения, обусловленная калием-40, составляет 0,18 мЗв. За счет полония-210 - 0,13 мЗв, а радия и продуктов его распада - 0,02 мЗв в год. Полоний и радий также поступают в организм в основном с пищей и в результате курения. Таким образом, эквивалентная доза внутреннего облучения, формируемая естественными радионуклидами, составляет 0,33 мЗв в год. Следовательно, эффективная доза внешнего и внутреннего облучения людей, обусловленная собственно естественными источниками радиации, составляет 1 мЗв в год для регионов с нормальным радиационным фоном, где проживает примерно 95 % населения Земли.

3.3.2. Техногенный радиационный фон

В процессе использования человеком той или иной технологии возможно локальное изменение распределения естественных источников радиации, что может повысить уровень облучения. Такое повышенное облучение наблюдается при полетах на самолете, при выбросе естественных радионуклидов при сжигании каменного угля и природного газа, при использовании фосфорных удобрений в сельском хозяйстве и продуктов переработки фосфоритов в промышленности и т.д. Наблюдаемые в этих случаях повышенные уровни излучения называются техногенным повышенным естественным радиационным фоном (ТРЕПФ).

При сжигании угля, нефти и газа содержащиеся в этих продуктах естественные радионуклиды, рассеиваясь в атмосфере вместе с золой, становятся источником дополнительного облучения населения, проживающего в районе расположения тепловых электростанций, теплоцентралей и котельных, в первую очередь, за счет ингаляционного поступления при прохождении шлейфа выброса. Наряду с этим, выпадающие на поверхность земли естественные радионуклиды поступают в организм человека с пищевыми продуктами, вдыхаемым воздухом и питьевой водой.

Дополнительное облучение при использовании продуктов переработки фосфоритов обусловлено тем, что залежи фосфоритов содержат продукты распада урана-238 в сравнительно высоких концентрациях. При этом следует учесть, что добыча фосфорной руды в мире очень высока и из года в год возрастает. В процессе переработки фосфорной руды основные и побочные продукты и отходы также содержат радионуклиды повышенной концентрации. Использование фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, приводящее к усвоению естественных радионуклидов растениями из почвы, и использование отходов фосфатного производства в качестве строительных материалов (фосфогипса) также являются возможными дополнительными техногенными источниками облучения.

Дополнительное облучение от рассмотренных техногенных источников в глобальных масштабах пока еще невелико и составляет около 2 % от годовой эффективной дозы, обусловленной естественным радиационным фоном. Однако при некоторых видах человеческой деятельности для отдельного контингента этот вклад может стать существенным, по сравнению с естественным фоном. В частности, это касается увеличения применения фосфатных удобрений, использования фосфогипса в жилищном строительстве, отвалов урановой руды в дорожном строительстве, роста использования каменного угля и т.д. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо оценивать обусловленные этими факторами уровни облучения как в глобальном масштабе, так и применительно к отдельным регионам, что позволит более разумно, с точки зрения обеспечения радиационной безопасности, планировать развитие той или иной технологии, приводящей к повышению радиационного фона от естественных источников.

3.3.3. Проблема радона

Дополнительное облучение, вследствие пребывания человека в помещении, также следует рассматривать в качестве одного из факторов ТРЕПФ. В этой связи необходимо рассмотреть проблему радона, к которой последнее время привлечено повышенное внимание общественности. Связано это с тем, что основным источником поступления радона в помещение является почва. Здание работает как насос или печная труба. В результате скорость поступления фунтового воздуха в помещение, а, следовательно, и радона возрастает в десятки раз. Если к тому же в здании отсутствует принудительная вентиляция, то создаются концентрации радона, приводящие к дополнительному облучению, опасному для здоровья.

Накоплению радона в помещениях способствует их герметизация с целью утепления. Следует отметить, что еще одним из источников поступления радона в помещения является вода и природный газ. Концентрация радона в воде, как правило, чрезвычайно мала, исключая некоторые глубокие артезианские скважины. И возможное дополнительное облучение исходит не от питья, а от попадания паров воды в легкие вместе с вдыхаемым воздухом в ванной комнате, где в среднем концентрация радона во время принятия душа примерно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах; в кухне (газовая плита) - в 15 раз выше, чем в жилой комнате.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с радоновой опасностью является герметизация первых этажей зданий (т.е. изоляция первых этажей от подпола), создание более эффективной вентиляции.

Концентрация радона вне помещений варьирует в довольно широких пределах от 0,1 до 10 Бк/м³. Высокие концентрации наблюдаются в районах геологических разломов.

Вне помещений дозовая нагрузка, обусловленная радоном и его продуктами распада, составляет всего 0,15 мЗв в год.

В зонах с умеренным климатом концентрация радона в помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. В тропических странах концентрация радона в помещениях такая же, что и вне их.

Анализ данных о содержании радона в помещениях позволяет оценить средневзвешенную по земному шару эффективную дозу, обусловленную накоплением радона в помещениях, она составляет 1,6 мЗв в год.

Радон в помещении содержится вместе со своими продуктами распада. Это радионуклиды химических элементов с порядковыми номерами от 82 до 85. Среди них имеются полоний, свинец, висмут и т.д. Что касается самого радона, то это инертный газ. Попадая в организм, он не взаимодействует с жидкостями организма и выдыхается практически в тех же количествах. Поэтому сам радон не играет практически никакой роли в формировании дозы внутреннего облучения. Что касается атомов продуктов распада радона, то они сорбируются на молекулах воды или твердых аэрозолях, всегда присутствующих в воздухе, и попадают в организм человека через органы дыхания. Радиационному воздействию подвергаются в основном легкие. Поэтому, говоря о радоновой опасности, следует иметь в виду, что дозообразующим фактором являются продукты его распада.

Таким образом, радон является ведущим естественным техногенным радиационным фактором, формирующим средневзвешенную годовую эффективную дозу, в полтора раза более высокую, чем обусловленную естественным фоном.

Широкомасштабные исследования, проведенные в начале 90-х годов в Западной Европе, показали, что за счет радона формируется от 50 % коллективной дозы для благополучных регионов до 92 % для регионов с повышенной радоноопасностью. Поэтому МКРЗ уделяет большое внимание этой проблеме [30]. Например, в Великобритании примерно у около 17 % населения эффективная доза за время пребывания в здании достигает 6 мЗв в год.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 6 июля 1994 г. была принята Федеральная целевая программа по снижению уровня облучения населения и производственного персонала от природных радиоактивных источников (ФЦП «Радон»), в которой особое внимание уделяется проблеме контроля радона. В рамках этой программы были разработаны «Методические рекомендации по аппаратурному оснащению региональных целевых программ «Радон» [46]. В этих методических указаниях определены основные задачи радиационного мониторинга на отдельных этапах реализации региональных программ «Радон»:

выявление жилищ и объектов производственного назначения, где превышаются или могут быть превышены контрольные уровни радиационно опасных факторов (РОФ), а также установленные пределы эффективных доз облучения населения и производственного персонала;

проведение детального радиационного обследования на выявленных объектах с повышенным природным фоном, расчет фактических доз облучения населения и производственного персонала, осуществление требуемых защитных и профилактических мероприятий;

радиологическое сопровождение строительства зданий и сооружений с целью заблаговременного принятия мер (оценка потенциальной радоноопасности территорий застройки, измерение содержания радионуклидов в грунтах и строительных материалах, радиационный контроль при сдаче зданий и других объектов в эксплуатацию и др.);

формирование групп риска, обследование состояния здоровья и осуществление профилактических мероприятий для лиц, вошедших в группы риска;

паспортизация по содержанию естественных радионуклидов источников питьевого водоснабжения, продукции и отходов производственных предприятий и их сбросов и выбросов в окружающую среду;

формирование региональных баз данных по радиоактивности объектов окружающей среды, дозам облучения населения и производственного персонала в регионе, состоянию здоровья населения, подвергающегося повышенному облучению.

При оценке экологической обстановки и разработке мероприятий по ее улучшению в том или ином регионе следует исходить из концепции оптимизации на основе рассмотрения всех негативных факторов, воздействующих на человека и окружающую среду.

Имеющаяся в настоящее время совокупность радиобиологических данных не позволяет тем не менее установить влияние повышенного естественного и техногенного радиационного фона на увеличение выхода отдаленных последствий.

3.3.4. Антропогенные источники радиации

Наряду с естественными источниками человек подвергается дополнительному облучению за счет источников, созданных самим человеком. По мере расширения масштабов использования атомной энергии число таких источников и их мощность растет. Однако их вклад в лучевые нагрузки населения очень невелик, благодаря принимаемым мерам защиты. Что касается такого глобального антропогенного источника радиации, как радионуклиды (в основном цезий-137 и стронций-90), выпадающие на поверхность Земли из стратосферы, где они накопились в результате испытаний атомного оружия, то их вклад в настоящее время составляет 1 - 2 % от естественного фона (0,01 - 0,02 мЗв в год). В период интенсивных испытаний атомного оружия в воздухе эффективная доза, обусловленная глобальными выпадениями, достигала 0,6 - 0,7 мЗв в год. Снижению этого фактора способствовало запрещение в 1963 г. испытаний атомного оружия в трех сферах (атмосфере, под водой и в космосе).

После Чернобыльской катастрофы особое опасение проявляется к такому антропогенному источнику, как атомные электростанции. Действительно, вышедший из под контроля мирный атом крайне опасен. Вместе с тем, опыт эксплуатации АЭС показывает, что при нормальной работе атомных реакторов, радиоактивные выбросы настолько малы, что даже вблизи АЭС практически невозможно обнаружить повышенные, по сравнению с естественным фоном, уровни радиации.

Наибольший вклад в дозу облучения от антропогенных источников дают рентгенодиагностические медицинские процедуры. Это обусловлено ростом числа медицинских процедур с использованием ионизирующих излучений с целью ранней диагностики ряда заболеваний и повышением эффективности борьбы с таким страшным недугом, как рак. Из года в год растет контингент обследуемых и число рентгенодиагностических процедур, приходящихся на одного человека. В различных странах число рентгенодиагностических обследований на 1000 человек колеблется от 300 до 900. В России в среднем на одного человека приходится 1 рентгенодиагностическая процедура в год.

Однако из этого не вытекает, что следует опасаться этих процедур. Важно подчеркнуть, что несвоевременное диагностирование заболевания на 2 - 3 порядка повышает риск смерти по сравнению с риском, связанным с дополнительным облучением в результате рентгенодиагностических процедур. Вместе с тем, совершенствование технических средств лучевой диагностики и методов исследования, повышение чувствительности рентгеновских пленок и усиливающих экранов, использование электронно-оптических преобразователей и более высокая квалификация специалистов обуславливают наблюдающуюся тенденцию снижения дозы облучения пациента при конкретном обследовании.

В табл. 3.1. приведены данные о вкладе различных источников в дозу облучения населения [48].

Таблица 3.1

Вклад различных источников в среднюю индивидуальную дозу облучения населения России

Как видно из таблицы, в настоящее время среднее значение эффективной дозы, получаемой населением и обусловленной естественными, техногенными и антропогенными радиационными источниками, составляет 4,12 мЗв в год. При этом 63 % дозы приходится на естественные источники (космическое излучение и излучение естественных радионуклидов, содержащихся в земной коре и объектах окружающей среды, формируют 24 %, ингаляция радона и его продуктов распада, накапливаемых в помещениях, 39 % дозы). На рентгенодиагностические процедуры приходится 34 % дозы. Что же касается всех остальных антропогенных источников (атомная энергетика, испытания ядерного оружия, использование источников ионизирующих излучений), то на них приходятся примерно 1 % от суммарного лучевого воздействия.

Следовательно, развитие атомной энергетики и расширение использования радионуклидов в различных сферах человеческой деятельности практически не приведут к дополнительным лучевым нагрузкам в глобальном масштабе. В регионах дислокации АЭС или атомных производств они, естественно, будут несколько выше, чем средневзвешенные, но будут находиться на крайне низком уровне по сравнению с лучевым воздействием, обусловленным естественными источниками. И, тем не менее, при широкомасштабном использовании ядерных технологий значительный контингент людей может подвергаться воздействию радиации. Это не только персонал, непосредственно обслуживающий атомные установки, но и отдельные группы людей, проживающие в зоне потенциального влияния радиоактивных выбросов и сбросов предприятия. В этих условиях важно оценить уровень риска, обусловленного всеми радиационными источниками, и вклад каждого из них. Для такой оценки полезной величиной является коллективная эффективная доза, представляющая собой сумму индивидуальных эффективных доз у данного контингента за данный промежуток времени. Единицей измерения коллективной эффективной дозы в СИ является чел.-Зв. Оценки радиационного риска с использованием коллективной дозы обычно дают возможность выбора наиболее оптимального решения при размещении объектов атомной промышленности.

3.4. Нормирование характеристик ионизирующего излучения

3.4.1. Принципы нормирования

Защита населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения осуществляется путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности. При этом главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Государственное нормирование в области обеспечения радиационной безопасности осуществляется путем установления санитарных правил, норм, гигиенических нормативов, правил радиационной безопасности, национальных стандартов, строительных норм и правил, правил охраны труда, распорядительных, инструктивных, методических и иных документов по радиационной безопасности, не противоречащих положениям Федерального закона «О радиационной безопасности населения».

Санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы в области обеспечения радиационной безопасности утверждаются в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, федеральным органом исполнительной власти по санитарно-эпидемиологическому надзору.

Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 02.08.99 г. утверждены и введены в действие Нормы радиационной безопасности - НРБ-99 [35].

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 (далее - Нормы) применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

Требования и нормативы, установленные Нормами, являются обязательными для всех юридических лиц, независимо от их подчиненности и формы собственности, в результате деятельности которых возможно облучение людей, а также для администраций субъектов Российской Федерации, иностранных граждан и лиц без гражданства, проживающих на территории Российской Федерации. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям Норм.

Нормы распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:

в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

в результате радиационной аварии;

от природных источников излучения;

при медицинском облучении.

Суммарная доза от всех видов облучения используется для оценки радиационной обстановки и ожидаемых медицинских последствий, а также для обоснования защитных мероприятий и оценки их эффективности.

Требования Норм не распространяются на источники излучения, которые создают при любых условиях обращения с ними:

индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв;

индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике глаза не более 15 мЗв.

Требования Норм не распространяются также на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием, на которые практически невозможно влиять.

Перечень и порядок освобождения источников ионизирующего излучения от радиационного контроля устанавливаются санитарными правилами ОСПОРБ-99.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения Нормы соответствуют следующим основным принципам:

принцип нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения;

принцип обоснования - запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением;

принцип оптимизации - поддержание на возможно низком уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых при использовании любого источника излучения.

Ответственность за соблюдение Норм устанавливается в соответствии со статьей 55 Закона Российской Федерации «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения». Основу системы радиационной безопасности, сформулированную в Нормах, составляют современные международные рекомендации [29], учитывающие опыт стран, достигших высокого уровня радиационной защиты населения, и отечественный опыт.

3.4.2. Требования к ограничению техногенного облучения в нормальных условиях эксплуатации источников излучения

При нормировании допустимого облучения рассматриваются 3 категории облучаемых лиц:

персонал (группы А и Б);

все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

основные пределы доз (ПД), приведенные в табл. 3.2;

допустимые уровни многофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности и другие;

контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Таблица 3.2

Основные пределы доз

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать пределов доз, указанных в табл. 3.2.

3.4.3. Требования к ограничению облучения населения

Радиационная безопасность населения достигается путем ограничения воздействия основных видов облучения. Проблема регулирования различных видов облучения очень важна, она решается путем их регламентации с применением разных методологических подходов и технических способов.

В отношении всех источников облучения населения следует принимать меры как по снижению дозы облучения у отдельных лиц, так и по уменьшению числа лиц, подвергающихся облучению (в соответствии с принципом оптимизации).

3.4.3.1. Ограничение техногенного облучения в нормальных условиях

Годовая доза облучения населения не должна превышать основных пределов доз (табл. 3.2). Указанные пределы доз относятся к средней дозе критической группы населения, рассматриваемой как сумма доз внешнего облучения за текущий год и ожидаемой дозы до 70 лет вследствие поступления радионуклидов в организм за текущий год.

Для ограничения облучения населения отдельными техногенными источниками излучений федеральным органом Госсанэпиднадзора для них устанавливаются квоты (доли) предела годовой дозы, но так, чтобы сумма квот не превышала пределов доз, указанных в табл. 3.2.

Облучение населения техногенными источниками излучения ограничивается путем обеспечения сохранности источников излучения, контроля технологических процессов и ограничения выброса (сброса) радионуклидов в окружающую среду, а также другими мероприятиями на стадии проектирования, эксплуатации и прекращения использования источников излучения.

На основании значений пределов годового поступления (ПГП) радионуклидов через органы пищеварения, соответствующих пределу дозы 1 мЗв за год и квот от этого предела, может быть рассчитана для конкретных условий допустимая удельная активность основных пищевых продуктов с учетом их распределения по компонентам рациона и в питьевой воде, а также с учетом поступления радионуклида через органы дыхания и внешнего облучения. Значения ПГП радионуклидов для населения через органы дыхания и пищеварения, а также соответствующие им значения допустимых среднегодовых объемных активностей (ДОА) и уровней вмешательства (УВ) приведены в приложении 3.1.

3.4.3.2. Ограничение природного облучения

Допустимое значение эффективной дозы, обусловленной суммарным воздействием природных источников излучения, для населения не устанавливается. Снижение облучения достигается путем установления системы ограничений на облучение населения от отдельных природных источников излучения.

При проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность дочерних изотопов радона и торона в воздухе помещений ЭРОА_Rn + 4,6 · ЭРОА_Tn не превышала 100 Бк/м³, а мощность эффективной дозы гамма-излучения не превышала мощность дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч.

В эксплуатируемых зданиях среднегодовая эквивалентная равновесная активность дочерних изотопов радона и торона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м³. При более высоких значениях объемной активности должны проводиться защитные мероприятия, направленные на снижение поступления радона в воздух помещений и улучшение вентиляции помещений. Защитные мероприятия должны проводиться также, если мощность эффективной дозы гамма-излучения в помещениях превышает мощность дозы на открытой местности более чем на 0,3 мкЗв/ч. Вопрос о переселении жильцов рассматривается, если практически невозможно снизить мощность этой дозы до значений 0,6 мкЗв/ч.

Для обеспечения выполнения этих требований устанавливаются требования к строительным материалам и участкам застройки [49].

Эффективная удельная активность (А_эфф) природных радионуклидов в строительных материалах (щебень, гравий, песок, бутовый и пиленный камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности, а также отходов промышленного производства, используемых для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.), не должна превышать:

для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях (I класс):

А_эфф = А_Ra + 1,3 А_Th + 0,09 А_K £ 370 Бк/кг,

где A_Ra и А_Th - удельные активности ²²⁶Ra и ²³²Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, А_K - удельная активность ⁴⁰K (Бк/кг);

для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений (II класс):

А_эфф £ 740 Бк/кг;

для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов (III класс):

а_эфф £ 1,5 кБк/кг.

При 1,5 кБк/кг < А_эфф £ 4,0 кБк/кг (IV класс) вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральным органом Госсанэпиднадзора. При А_эфф > 4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.

При содержании природных и искусственных радионуклидов в питьевой воде, создающих эффективную дозу меньше 0,1 мЗв за год, не требуется проведения мероприятий по снижению ее радиоактивности. Этому значению дозы при потреблении воды 2 кг в сутки соответствуют средние значения удельной активности за год (уровни вмешательства - УВ), приведенные в приложении 3.1. При совместном присутствии в воде нескольких радионуклидов должно выполняться условие

,

где А_i - удельная активность i-го радионуклида в воде;

УВ_i - соответствующий уровень вмешательства.

При невыполнении указанного условия защитные действия должны осуществляться с учетом принципа оптимизации.

Предварительная оценка допустимости использования воды для питьевых целей может быть дана по удельной суммарной альфа- и бета-активности, которая не должна превышать 0,1 и 1,0 Бк/кг, соответственно.

При возможном присутствии в воде ³Н, ¹⁴С, ¹³¹I, ²¹⁰Pb, ²²⁸Ra и ²³²Th определение удельной активности этих радионуклидов в воде является обязательным.

Уровень вмешательства для ²²²Rn в питьевой воде составляет 60 Бк/кг.

Примечание - Облучение людей за счет радона, содержащегося в питьевой воде, происходит путем перехода радона в воздух помещения и последующего ингаляционного поступления дочерних продуктов радона.

Для минеральных и лечебных вод устанавливаются специальные нормативы.

Удельная активность природных радионуклидов в фосфорных удобрениях и мелиорантах не должна превышать

A_U + l,5 · A_Th £ 4,0 кБK/кг,

где A_U и А_Th - удельные активности урана-238 (радия-226) и тория-232 (тория-228), находящихся в радиоактивном равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, соответственно.

3.4.3.3. Ограничение медицинского облучения

Принципы контроля и ограничения радиационных воздействий в медицине основаны на получении необходимой и полезной диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз, но используются принципы обоснования назначения радиологических медицинских процедур и оптимизации мер защиты пациентов.

При прохождении профилактических медицинских рентгенологических исследований и научных исследований практически здоровых лиц годовая эффективная доза облучения этих лиц не должна превышать 1 мЗв.

Установленный норматив годового профилактического облучения может быть превышен лишь в условиях неблагоприятной эпидемиологической обстановки, требующей проведения дополнительных исследований или вынужденного использования методов с большим дозообразованием. Такое решение о временном вынужденном превышении этого норматива профилактического облучения принимается областным, краевым (республиканским) управлением здравоохранения.

Проведение научных исследований на людях с источниками излучения должно осуществляться по решению федерального органа здравоохранения. При этом требуется обязательное письменное согласие испытуемого и представление ему информации о возможных последствиях облучения.

Лица (не являющиеся работниками рентгенорадиологического отделения), оказывающие помощь в поддержке пациентов (тяжелобольных, детей) при выполнении рентгенорадиологических процедур, не должны подвергаться облучению в дозе, превышающей 5 мЗв в год.

Мощность дозы гамма-излучения на расстоянии 1 метра от пациента, которому с терапевтической целью введены радиофармацевтические препараты, не должна превышать при выходе из радиологического отделения 3 мкЗв/ч.

При использовании источников излучения в медицинских целях контроль доз облучения пациентов является обязательным. Для определения индивидуальных эффективных доз облучения пациентов при рентгенологических исследованиях используются измерители произведения дозы на площадь. Эти измерители (дозиметры) должны отвечать требованиям ГОСТ Р МЭК 580-95 и должны быть внесены в Государственный реестр средств измерений РФ. Этим требованиям соответствует широко используемый в РФ дозиметр рентгеновский клинический - ДРК-1. В дозиметре используется проходная ионизационная камера, которая «прозрачна» для рентгеновского и светового пучков и не мешает работе рентгеновского аппарата. Индивидуальная эффективная доза Е облучения пациента при проведении рентгенологического исследования в мЗв определяется по формуле

Е= Ф · K,

где Ф - измеренная величина произведения дозы на площадь при проведении рентгенологического исследования, Гр·см²;

K - коэффициент перехода к эффективной дозе облучения пациента данного возраста с учетом вида проведенного рентгенологического исследования, проекции, размера поля, фокусного расстояния и анодного напряжения на трубке, мЗв/(Гр · см²).

Коэффициенты перехода к эффективным дозам от значений произведения дозы на площадь рассчитаны для определенных антропоморфных фантомов, рекомендованных МКРЗ в качестве «стандартных» при проведении такого рода расчетов.

Коэффициенты перехода к эффективной дозе для различных видов исследования, размеров поля облучения, фокусного расстояния, значений анодного напряжения на трубке и положений человека относительно падающего излучения приведены в [43].

3.4.3.4. Требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии

В случае возникновения аварии должны быть приняты практические меры для восстановления контроля над источником излучения и сведения к минимуму доз облучения, количества облученных лиц, радиоактивного загрязнения окружающей среды, экономических и социальных потерь.

При радиационной аварии или обнаружении радиоактивного загрязнения ограничение облучения осуществляется защитными мероприятиями, применимыми, как правило, к окружающей среде и (или) к человеку. Эти мероприятия могут приводить к нарушению нормальной жизнедеятельности населения, хозяйственного и социального функционирования территории, т.е. являются вмешательством, влекущим за собой не только экономический ущерб, но и неблагоприятное воздействие на здоровье населения, психологическое воздействие на население и неблагоприятное изменение состояния экосистем. Поэтому при принятии решений о характере вмешательства (защитных мероприятий) следует руководствоваться следующими принципами:

предлагаемое вмешательство должно принести обществу и, прежде всего, облучаемым лицам, больше пользы, чем вреда, т.е. уменьшение ущерба в результате снижения дозы должно быть достаточным, чтобы оправдать вред и стоимость вмешательства, включая его социальную стоимость (принцип обоснования вмешательства);

форма, масштаб и длительность вмешательства должны быть оптимизированы таким образом, чтобы чистая польза от снижения дозы, т.е. польза от снижения радиационного ущерба за вычетом ущерба, связанного с вмешательством, была бы максимальной (принцип оптимизации вмешательства).

Если предполагаемая доза излучения за короткий срок (2 суток) достигает уровней, при превышении которых возможны клинически определяемые детерминированные эффекты (табл. 3.3), необходимо срочное вмешательство (меры защиты). При этом вред здоровью от мер защиты не должен превышать пользы здоровью пострадавших от облучения.

Таблица 3.3

Прогнозируемые уровни облучения, при которых необходимо срочное вмешательство

При хроническом облучении в течение жизни защитные мероприятия становятся обязательными, если годовые поглощенные дозы превышают значения, приведенные в табл. 3.4. Превышение этих доз приводит к серьезным детерминированным эффектам.

Таблица 3.4

Уровни вмешательства при хроническом облучении

Уровни вмешательства для временного отселения населения составляют: для начала отселения - 30 мЗв в месяц, для окончания временного отселения - 10 мЗв в месяц. Если прогнозируется, что накопленная за один месяц доза будет находиться выше указанных уровней в течение года, следует решать вопрос об отселении населения на другое постоянное место жительства.

При проведении противорадиационных вмешательств пределы доз (табл. 3.2) не применяются. Исходя из указанных принципов, при планировании защитных мероприятий на случай радиационной аварии органами Госсанэпиднадзора устанавливаются уровни вмешательства (дозы и мощности доз облучения, уровни радиоактивного загрязнения) применительно к конкретному радиационному объекту и условиям его размещения с учетом вероятных типов аварии, сценариев развития аварийной ситуации и складывающейся радиационной обстановки.

При аварии, повлекшей за собой радиоактивное загрязнение обширной территории, на основании контроля и прогноза радиационной обстановки устанавливается зона радиационной аварии. В зоне радиационной аварии проводится контроль радиационной обстановки и осуществляются мероприятия по снижению уровней облучения населения на основе выше приведенных принципов и подходов.

Критерии для принятия решений о мерах защиты населения в случае крупной радиационной аварии с радиоактивным загрязнением территории на основании сравнения прогнозируемой дозы, предотвращаемой защитным мероприятием, и значений загрязнения с уровнями А и Б, приведены в табл. 3.5 - 3.7.

Если уровень облучения, предотвращаемого защитными мероприятиями, достигает и превосходит уровень Б, необходимо выполнение соответствующих мер защиты, даже если они связаны с нарушением нормальной жизнедеятельности населения, хозяйственного и социального функционирования территории.

Таблица 3.5

Критерии для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии

Таблица 3.6

Критерии для принятия решений об отселении и ограничении потребления загрязненных пищевых продуктов

На поздних стадиях радиационной аварии, повлекшей за собой загрязнение обширных территорий долгоживущими радионуклидами, решения о защитных мероприятиях принимаются с учетом сложившейся радиационной обстановки и конкретных социально-экономических условий.

Решения применительно к последствиям аварийных прецедентов и локальных радиоактивных загрязнений принимаются на основе критериев вмешательства на загрязненных территориях, приведенных в приложении 3.2.

Таблица 3.7

Критерии для принятия решений об ограничении потребления загрязненных продуктов питания в первый год после возникновения аварии

Примерно по этому варианту принимались решения при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Мероприятия, проводимые в рамках ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, и необходимость контроля радиационной обстановки и радиационной безопасности населения на обширных территориях способствовали разработке законодательной, нормативной и методической базы (в том числе, дозиметров для населения - бытовых дозиметров) для эффективного контроля радиационной обстановки в различных ситуациях. Были разработаны санитарные правила и нормы, включающие в себя гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов (в том числе, по радиационному фактору) [37], гигиенические требования к качеству воды [38], допустимые уровни содержания радионуклидов осколочного происхождения в продукции лесного хозяйства [41], гигиенические требования и допустимые уровни физических факторов товаров народного потребления [42]. Нормативы качества и безопасности (по радиационному признаку) для человека продовольственного сырья и пищевых продуктов приведены в приложении 3.3., допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в продукции лесного хозяйства в приложении 3.4.

Критерии принятия решений и производные уровни для ограничительных мер при авариях с диспергированием преимущественно урана, плутония, других трансурановых элементов устанавливаются специальным нормативным документом.

3.4.4. Требования к контролю за выполнением установленных норм

Радиационный контроль является важнейшей частью обеспечения радиационной безопасности, начиная со стадии проектирования радиационноопасных объектов. Он имеет целью определение степени соблюдения принципов радиационной безопасности и требований нормативов, включая не превышение установленных основных пределов доз и допустимых условий при нормальной работе, получение необходимой информации для оптимизации защиты и принятия решений о вмешательстве в случае радиационных аварий, загрязнения местности и зданий радионуклидами, а также на территориях и в зданиях с повышенным уровнем природного облучения. Радиационный контроль осуществляется за всеми источниками излучения, кроме упомянутых в п. 3.4.1, на которые не распространяется действие норм НРБ-99.

Радиационному контролю подлежат:

радиационные характеристики источников излучения, выбросов в атмосферу, жидких и твердых радиоактивных отходов;

радиационные факторы, создаваемые технологическим процессом на рабочих местах и в окружающей среде;

радиационные факторы на загрязненных территориях и в зданиях с повышенным уровнем природного облучения;

уровни облучения персонала от всех источников излучения, на которые распространяются действующие Нормы.

Основными контролируемыми параметрами являются:

годовая эффективная и эквивалентные дозы;

поступление радионуклидов в организм и их содержание в организме для оценки годового поступления;

объемная и удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных материалах и др.;

радиоактивное загрязнение кожных покровов, одежды, обуви, рабочих поверхностей;

доза и мощность дозы внешнего излучения;

плотность потока частиц.

Переход от измеряемых (операционных) величин к нормируемым определяется специальными методическими указаниями [14 - 17].

Государственный надзор за выполнением Норм радиационной безопасности осуществляют органы Госсанэпиднадзора и другие органы, уполномоченные Правительством Российской Федерации в соответствии с действующими нормативными актами.

Контроль за соблюдением Норм в организациях, независимо от форм собственности, возлагается на администрацию этой организации. Контроль за облучением населения возлагается на органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации.

При возникновении радиационной аварии:

контроль за ее развитием, защитой персонала в организации и аварийных бригад осуществляется администрацией этой организации;

контроль за облучением населения осуществляется местными органами власти и государственного надзора за радиационной безопасностью.

Контроль за медицинским облучением пациентов возлагается на администрацию органов и учреждений здравоохранения.

3.4.5. Значения допустимых уровней радиационного воздействия

Для каждой категории облучаемых лиц значение допустимого уровня радиационного воздействия для конкретного пути облучения определено таким образом, чтобы при этом уровне воздействия только данного пути облучения в течение года величина дозы равнялась величине соответствующего годового предела (усредненного за 5 лет), указанного в табл. 3.2.

Значения допустимых уровней для всех путей облучения определены для стандартных условий, которые характеризуются следующими параметрами:

объемом вдыхаемого воздуха V, с которым радионуклид поступает в организм на протяжении календарного года;

временем облучения t в течение года;

массой питьевой воды М, с которой радионуклид поступает в организм на протяжении календарного года;

геометрией внешнего облучения ионизирующего излучения.

Для населения установлены следующие значения стандартных параметров: t = 8800 ч в год; M = 730 кг; объем вдыхаемого воздуха V установлен в зависимости от возраста и приведен в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Годовой объем вдыхаемого воздуха для разных возрастных групп населения

В приложении 3.1 приведены значения дозовых коэффициентов, а также величин ПГП и ДОА_нас, рассчитанные для аэрозолей с использованием модели органов дыхания, рекомендованной Публикацией 66 МКРЗ.

В приложение 3.1 не включены радионуклиды ⁸⁷Rb, ¹¹⁵In, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁷Sm, ¹⁸⁷Re, поскольку они нормируются по их химической токсичности. Из-за химической токсичности урана поступление через органы дыхания его соединений типов Б и П не должно превышать 2,5 мг в сутки и 500 мг в год. В приложение 3.1 не включены также инертные газы, поскольку они являются источниками внешнего облучения, а также изотопы радона с продуктами их распада.

В стандартных условиях многофакторного поступления радионуклидов годовое поступление радионуклидов через органы дыхания и среднегодовая объемная активность их во вдыхаемом воздухе не должны превышать числовых значений ПГП и ДОА, приведенных в приложении 3.1, где пределы доз для населения составляют 1 мЗв в год.

В приложении 3.1 приводятся следующие данные:

а) для случая поступления радионуклидов с вдыхаемым воздухом - критическая возрастная группа, значения дозового коэффициента и предела годового поступления ПГП_нас для этой же возрастной группы и типа соединений, для которых допустимая среднегодовая объемная активность ДОА_нас оказалась наименьшей;

б) для случая поступления радионуклидов с водой и пищей - критическая возрастная группа, значения дозового коэффициента и предела годового поступления ПГП_нас для этой же группы, где ПГП_нас наименьшее, а также уровень вмешательства по среднегодовой удельной активности в питьевой воде УВ_нас. УВ в пищевых продуктах не приводятся и должны определяться по специальным методическим указаниям с учетом местных особенностей внутреннего и внешнего облучения населения и с обеспечением непревышения основных пределов доз (табл. 3.2) в нормальных условиях и критериев, указанных в табл. 3.6 и 3.7 при аварийном облучении.

В условиях нестандартного поступления радионуклидов величины ПГП и ДОА устанавливаются методическими указаниями федерального органа Госсанэпиднадзора.

НРБ-99 устанавливает уровни минимально значимых удельных активностей (МЗУА) и активностей в помещении или на рабочем месте (МЗА), на которые действие норм, регламентируемых НРБ-99, не распространяется. При уровнях активности, которые меньше приведенных в НРБ-99, эффективная индивидуальная годовая доза облучения лиц из персонала и населения не превысит 10 мкЗв и в аварийных случаях 1 мЗв, а эквивалентная доза на кожу не превысит 50 мЗв в год.

В течение последних нескольких лет специальная рабочая группа МАГАТЭ разрабатывает документ, имеющий в настоящее время условное название «Радиоактивность в материалах, не требующих регулирования с целью обеспечения радиационной защиты». Предполагается, что этим документом для широкого спектра радионуклидов будут устанавливаться значения удельной активности нуклидов в материале, при соблюдении (непревышение) которых данный материал не следует рассматривать как радиоактивное вещество с точки зрения системы регулирования радиационной безопасности. Это руководство не будет охватывать продукты питания и питьевую воду, на радиоактивность которых накладывают ограничения другие регулирующие документы. После принятия этого документа как международного руководства национальные органы, ответственные за регулирование вопросов радиационной безопасности, смогут принять согласованные правила для своих стран.

3.5. Приборы и методы измерений характеристик ионизирующих излучений

3.5.1. Определение нормируемых величин по результатам инструментального радиационного контроля

Правила и нормы предписывают определять облучение источниками ионизирующего излучения в единицах нормируемых величин, являющихся мерой ущерба от воздействия излучения на человека (эффективная доза, эквивалентная доза облучения органа или ткани, ожидаемая эффективная доза) и не поддающихся непосредственному измерению. В комплексе новых нормативных документов [14 - 17] для соблюдения указанных требований впервые установлены так называемые операционные величины. Они однозначно определяются через физические характеристики поля излучения в точке или через физико-химические характеристики поля аэрозоля в точке и максимально приближены к нормируемым величинам в стандартных условиях облучения. Операционные величины предназначены для определения соответствующих индивидуальных доз и при дозиметрическом контроле являются консервативными оценками этих величин. Правила и нормы устанавливают, что средства измерений (СИ), используемые в радиационном контроле, должны градуироваться в единицах операционных величин. Устанавливается также соотношение между нормируемыми и операционными величинами.

Как указывалось ранее, воздействие ионизирующих излучений складывается из внешнего облучения тела человека и внутреннего облучения за счет радионуклидов, попавших в организм, в первую очередь, через органы дыхания. Различен и подход к аппаратурно-методическому обеспечению радиационного контроля внешнего [15, 16] и внутреннего [15, 17] облучения.

Приборы для дозиметрического контроля как внешнего, так и внутреннего облучения делятся на приборы контроля радиационной обстановки (или приборы группового контроля) и приборы индивидуального контроля.

Приборы группового контроля предназначены для определения индивидуальных доз облучения человека на основании результатов измерений характеристик радиационной обстановки на определенной местности или в определенных помещениях с учетом времени его пребывания там.

Приборы индивидуального контроля предназначены для определения индивидуальных доз облучения человека на основании результатов индивидуальных измерений характеристик облучения тела или отдельных органов каждого человека.

Для группового дозиметрического контроля (ГДК) используются стационарные и переносные, так называемые инспекционные дозиметрические приборы. Для индивидуального дозиметрического контроля (ИДК) применяются индивидуальные дозиметры.

В течение длительного времени операционными величинами как для ГДК, так и для ИДК по существу являлись для фотонного излучения экспозиционная доза и ее мощность, для бета- и альфа-излучений, а также нейтронов плотность потока частиц, хотя понятия операционной величины и не существовало.

Современное состояние парка приборов для ГДК имеет следующие особенности:

с одной стороны, в эксплуатации все еще находятся измерители экспозиционной дозы и ее мощности, разработанные до 1990 г. Они морально и физически устарели, их выпуск прекращен, однако они значатся в Госреестре СИ, допущенных к применению в стране. Как отмечалось, переход от экспозиционной дозы к величинам, нормируемым НРБ-99, затруднен. В некоторых частных случаях он может быть осуществлен, пользуясь МУ [16];

с другой стороны, к середине 90-х годов был освоен выпуск нового поколения измерителей эквидозиметрических величин, определенных в РД [11], таких, как полевая доза и амбиентный эквивалент дозы. При этом ряд новых разработок, наряду с измерениями этих величин, имеют шкалы, отградуированные в единицах экспозиционной дозы.

Новые нормативные документы [15, 16] ввели для контроля радиационной обстановки в рабочих помещениях и на рабочих местах в целях группового дозиметрического контроля операционную величину - мощность амбиентного эквивалента дозы *(d) Рекомендуемая единица этой величины - мкЗв/ч.

Значение параметра d, мм (см. рис. 3.1), определяющего требования к приборам дозиметрического контроля, зависит от того, для определения какой нормируемой величины в соответствии с НРБ-99 (см. табл. 3.2) используется ее амбиентный эквивалент.

Соответствие между нормируемыми и операционными величинами при ГДК представлено в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Соответствие между нормируемыми и операционными величинами при групповом дозиметрическом контроле

Таким образом, при наличии данных группового контроля мощности амбиентного эквивалента дозы и при отсутствии данных об энергетическом спектре частиц за значение эффективной дозы внешнего излучения Е^внеш, мЗв, следует принимать

,

где Δt_k - длительность пребывания индивидуума в k-ой точке (на местности или в помещении) в течение контролируемого периода в часах при средней мощности амбиентного эквивалента дозы *(10)_k, мкЗв/ч. Это значение будет являться консервативной оценкой эффективной дозы.

Если нет сведений об энергетическом спектре излучения, за значение эквивалентной дозы в хрусталике глаза, в коже и эквивалентной дозы на поверхности низа живота женщины Н_т, мЗв, полученных в течение соответствующего контролируемого периода, следует принимать

,

где Δt_k - длительность пребывания индивидуума в k-ой точке (на местности или в помещении) в течение контролируемого периода в часах при средней мощности амбиентного эквивалента дозы *(10)_k, мкЗв/ч.

Операционной величиной внешнего облучения для индивидуального контроля доз облучения человека в [15, 16] принят индивидуальный эквивалент дозы в мягкой биологической ткани, определяемый на глубине d (мм) под рассматриваемой точкой на теле (см. рис. 3.2).

В табл. 3.10 приведено соответствие между нормируемыми и операционными величинами при ИДК.

Таблица 3.10

Соответствие между нормируемыми и операционными величинами при индивидуальном дозиметрическом контроле

За значение эффективной дозы внешнего облучения следует принимать

E_внеш = F ´ H_p(10),

где F - коэффициент перехода от операционных к нормируемым величинам при контроле индивидуальной эффективной дозы внешнего облучения.

При равномерном облучении человека любым проникающим излучением, за исключением:

нейтронов с энергиями от 1 эВ до 30 кэВ;

фотонов с энергиями менее 20 кэВ,

значение коэффициента F следует принимать равным 1.

В случае, когда вклад нейтронов или фотонов указанных энергий в эффективную дозу превышает 50 %, а также в случае неравномерного облучения тела человека, когда отношение максимальной плотности потока излучения, падающего на торс, к средней превышает 2,0, значение коэффициента F устанавливается в специальных моделях дозиметрического контроля.

За значение эквивалентных доз внешнего облучения органов и тканей (Н_T) следует принимать значения соответствующих операционных величин индивидуального дозиметрического контроля:

Hкожа =	Нр(0,07);
Hстопы и кисти =	Нр(0,07);
Hхрусталик =	Нр(3);
Hниз живота =	Нр(10).

В условиях аварийного облучения, когда дозы внешнего облучения превышают или могут превысить граничные уровни, нормируемые для планируемого повышенного облучения, для обеспечения радиационной безопасности необходимо определять поглощенные дозы облучения органов и тканей человека.

При определении поглощенных доз внешнего аварийного облучения отдельных органов или тканей за значение определяемой величины следует принимать среднее значение дозы в чувствительном объеме органа или ткани. В случае радиационной аварии важнейшей задачей дозиметрического контроля является исследование и детальное восстановление (реконструкция) условий облучения и определение пространственного распределения поглощенных доз в теле облученного на основании измеряемых характеристик внешнего облучения.

Прямое определение индивидуальных доз внутреннего облучения невозможно, и для целей дозиметрического контроля эта задача решается в два этапа:

проведение измерений активности радионуклидов либо во всем теле человека или отдельных его органах, либо в выделениях или других пробах биологического происхождения, либо на фильтрах стационарных и индивидуальных пробоотборников;

интерпретация результатов указанных измерений, т.е. восстановление величин поступления радионуклидов за год и ожидаемой эффективной дозы (ОЭД) внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм данных радионуклидов, с использованием соответствующих моделей и в рамках конкретных методик выполнения расчетов.

Физическими величинами, характеризующими внутреннее облучение человека и измеряемыми при дозиметрическом контроле внутреннего облучения, являются:

Q_U,G - определяемая в воздухе помещения (рабочего места) величина объемной активности соединений радионуклида U, которые при ингаляции следует отнести к типу G;

S_T,U - активность радионуклида U, определяемая в органе T либо в биологических образцах (выделениях или образцах тканей).

Нормируемыми величинами для дозиметрического контроля при внутреннем облучении являются

П_U,G - поступление в организм человека через органы дыхания соединений радионуклида U, которые при ингаляции следует отнести к типу G;

E(t) - ОЭД;

эквивалентная доза внутреннего облучения органа или ткани в результате повышенного однократного поступления радионуклида в организм, реализованная к определенному сроку.

Так же как и при дозиметрическом контроле внешнего облучения для дозиметрического контроля внутреннего облучения используют групповой дозиметрический контроль облучения (ГДК) и индивидуальный дозиметрический контроль облучения (ИДК).

ГДК заключается в определении значения ОЭД человека по результатам систематических измерений объемной активности в воздухе в месте его пребывания с учетом времени его пребывания в этом месте. Значения ОЭД, которые могут быть получены с помощью ГДК, характеризуются значительной неопределенностью.

3.5.2. Основные методы измерений

Средства измерений ионизирующих излучений условно делятся на следующие классы: дозиметры, радиометры, спектрометры.

Дозиметры - средства измерений экспозиционной дозы и ее мощности, поглощенной дозы и ее мощности, полевой поглощенной дозы и ее мощности, амбиентного эквивалента дозы и его мощности, полевой эквивалентной дозы и ее мощности, индивидуального эквивалента дозы.

Радиометры - средства измерений активности радионуклидов в образцах и объектах, удельной активности радионуклидов в твердых и сыпучих материалах, объемной активности радионуклидов в жидкостях и газах, объемной активности радиоактивных аэрозолей, удельной поверхностной активности, плотности потока частиц и др.

Спектрометры - средства измерений энергии частиц ионизирующих излучений.

В комбинированных приборах могут объединяться функции средств измерений из различных классов.

В перечень технических требований на средства измерений ионизирующих излучений входят следующие основные метрологические характеристики:

диапазон значений измеряемых величин;

диапазон энергий частиц ионизирующих излучений (перечень радионуклидов);

основная погрешность;

дополнительные погрешности при изменении температуры, напряжения, давления, влажности, электрического и магнитного поля и др.;

энергетическая зависимость чувствительности;

чувствительность к сопутствующим излучениям;

анизотропия.

Основная погрешность - погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях. Основная погрешность может указываться в виде одного значения для всего диапазона измерений, разных значений для отдельных поддиапазонов, в виде аналитического выражения как функции значений измеряемой величины.

В силу специфики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом значительная часть случайной составляющей погрешности связана со стохастическим характером процесса взаимодействия и уменьшается при увеличении суммарного времени измерения, поэтому во многих случаях эту составляющую погрешности можно уменьшить, усредняя значение измеряемой величины за больший промежуток времени или увеличивая количество наблюдений.

Специфические параметры, характерные для средств измерений ионизирующих излучений (энергетическая зависимость чувствительности, анизотропия, чувствительность к сопутствующим излучениям и др.), приводят к увеличению значения погрешности при измерениях в реальных условиях, так как при поверке средств измерений используются определённые условия, связанные с этими параметрами, и они могут не совпадать с условиями измерений. Поэтому в ряде случаев решающим условием получения достоверности результата измерения является соблюдение определенной методики выполнения измерений. В табл. 3.11 указаны совпадения (да) или несовпадения (нет) условий поверки и условий измерений в большинстве практических случаев с учетом методик выполнения измерений.

Требования к допустимому значению погрешности могут изменяться в зависимости от использования результатов измерений. Например, из принципа нормирования следует

(E_инд + ΔE_инд) / Е_доп £ a,

где E_инд - индивидуальное значение эффективной дозы, полученное с использованием значений измеряемых величин, характеризующих внешнее и внутреннее облучение;

ΔE_инд - погрешность определения индивидуального значения эффективной дозы;

Е_доп - допустимый предел дозы для персонала;

a - фактор неопределенности, который устанавливается отдельными нормативными документами и отражает реально достижимую на современном этапе точность измерения.

Отсюда следует, что при приближении измеренных значений к значению допустимого предела требования к погрешности средства измерения ужесточаются. В любом случае необходимо установить контрольный уровень допустимого измеряемого значения ниже допустимого предела на величину погрешности используемых средств измерений с тем, чтобы гарантировать непревышение допустимого предела дозы облучения. По мере совершенствования средств и методов измерения, а также уточнения моделей перехода от измеряемых (операционных) величин к нормируемым величинам, значение фактора неопределенности a должно стремиться к 1. В соответствии с методическими указаниями МУ 2.6.1.016-2000 [15] в настоящее время фактор неопределенности a принимается равным 1,5 для эффективной дозы внешнего облучения гамма-излучением, 2 - для эффективной дозы внешнего облучения нейтронами, 2,5 - для эффективной дозы внутреннего облучения.

Различие методов измерений связано с использованием различных методов регистрации излучений, применяемых в измерительных преобразователях (блоках детектирования), и методов обработки, применяемых в аппаратурных средствах обработки информации с измерительных преобразователей и отдельных методиках обработки.

Основные методы регистрации излучений:

калориметрический метод - метод, основанный на измерении изменения температуры жидкого или твердого поглотителя при поглощении в нем энергии излучения. Метод имеет ряд модификаций, связанных с различными методами измерения изменения температуры в поглотителе. Метод в основном используется в первичных и вторичных эталонах и из-за малой чувствительности и громоздкости измерительной аппаратуры не используется в обычных условиях в сфере контроля радиационной безопасности;

ионизационный метод - метод с использованием детекторов с газовым наполнением (ионизационные камеры, счетчики), в которых заряженные частицы (непосредственно ионизирующее излучение или вторичные заряженные частицы, возникающие при взаимодействии косвенно ионизирующего излучения с атомами вещества стенки детектора или газа) вызывают ионизацию газа. Метод имеет ряд разновидностей в зависимости от способа регистрации ионизации: регистрация факта возникновения ионизации от одной частицы независимо от энергии, потраченной на ионизацию (реализуется в счетчиках с газовым усилением); регистрация суммарной ионизации, пропорциональной энергии, переданной каждой заряженной частицей газу (реализуется в пропорциональных счетчиках с газовым усилением и в импульсных ионизационных камерах без газового усиления); регистрация суммарной ионизации, образованной всеми заряженными частицами за определенное время (ионизационные камеры). Метод нашел широкое применение как в эталонных средствах измерения, так и в рабочих средствах измерения, используемых в сфере контроля радиационной безопасности;

сцинтилляционный метод - метод с использованием органических и неорганических сцинтилляторов, в которых энергия, передаваемая излучением, превращается в световое излучение и регистрируется с помощью детекторов, чувствительных к световому излучению в данном спектре (фотоумножители, фотодиоды). Разновидности метода заключаются в регистрации акта взаимодействия отдельной частицы со сцинтиллятором (счетный режим), регистрации эффекта взаимодействия ряда частиц со сцинтиллятором за определенное время (токовый или зарядовый режим); регистрации световой энергии, пропорциональной энергии, переданной частицей (пропорциональный или спектрометрический режим). Метод используется в эталонных и рабочих средствах измерения;

термолюминесцентный метод - метод, заключающийся в регистрации энергии, запасенной в специальном веществе при взаимодействии излучения с этим веществом и освобождаемой в виде светового излучения при последующем нагревании этого вещества в определенных условиях. Световая энергия (световыход) пропорциональна энергии, переданной образцу из этого вещества. Метод нашел широкое применение в рабочих средствах измерения;

полупроводниковый метод - метод, основанный на регистрации изменений свойств полупроводникового детектора, вызванный взаимодействием излучения с полупроводниковым материалом, или регистрации импульсов (тока), возникающих от образования электронов (дырок) в полупроводниковом детекторе падающим на него излучением. Метод имеет модификации, связанные с регистрацией факта взаимодействия каждой частицы без учета выделенной энергии (счетный режим); регистрацией выделения энергии излучением за определенное время (токовый режим); регистрацией энергии выделенной в детекторе каждой частицей (спектрометрический режим). Метод используется в эталонных и рабочих средствах измерения;

фотоэмульсионный метод - метод, основанный на регистрации изменений в фотоэмульсии, вызванной взаимодействием излучения со светочувствительным материалом фотоэмульсии. Модификации метода связаны с регистрацией плотности почернения, вызванного поглощением энергии излучения в фотоэмульсии за определенное время, или с регистрацией и анализом треков в фотоэмульсии, образованных каждой частицей. Метод используется в рабочих средствах измерения;

активационный метод - метод, основанный на регистрации наведенной активности в детекторах из различных материалов, вызванной в материале при облучении его нейтронами. Метод используется в эталонных и рабочих средствах измерения.

3.5.3. Средства измерений, наиболее широко используемые в сфере контроля радиационной безопасности

Перечень средств измерений приведен в табл. 3.12 - 3.18.

Таблица 3.12

Средства измерений ионизирующих излучений (дозиметры, дозиметры-радиометры)

Таблица 3.13

Средства измерений ионизирующих излучений (радиометры, спектрометры)

Таблица 3.14

Приборы для массовых измерений интегральной объемной активности радона в воздухе с помощью пассивных детекторов

Таблица 3.15

Приборы для инспекционных измерений эквивалентной равновесной объемной активности радона и торона в воздухе

Таблица 3.16

Приборы для инспекционных измерений объемной активности радона в воздухе

Таблица 3.17

Приборы для автоматических непрерывных измерений объемной активности радона

Таблица 3.18

Многофункциональный комплекс аппаратуры для мониторинга естественных радионуклидов в производственных условиях, жилищах и окружающей среде («КАМЕРА»)

Кроме перечисленных в таблицах приборов, были разработаны так называемые бытовые дозиметры. Это специфический класс приборов, которые разрабатывались с целью обеспечения возможности контроля повышенного уровня радиации населением после аварии на ЧАЭС. Дозиметры разрабатывались и выпускались в соответствии со специально разработанным документом «Положение о метрологическом статусе, порядке разработки, постановке на производство и поверке дозиметрических и радиометрических приборов для населения». В соответствии с этим положением результаты измерений этими приборами не могут использоваться для официальных заключений о радиационной обстановке и степени радиоактивного загрязнения. Большинство выпускаемых бытовых дозиметров указано в табл. 3.19.

Таблица 3.19

Средства измерений ионизирующих излучений (бытовые дозиметры)

Разработка новых средств измерений в сфере контроля радиационной безопасности в основном связана с появлением новой элементной базы, в частности, микропроцессорной техники в устройствах обработки информации с блоков детектирования, что дает возможность совершенствовать средства измерений в следующих направлениях:

создание многофункциональных средств измерений (разработка универсальных дозиметров-радиометров для измерения нескольких величин);

применение блоков детектирования, позволяющих использовать информацию о спектральных характеристиках излучения для получения значений величин, наиболее адекватных нормируемым величинам.

Для обеспечения допустимой погрешности результатов измерений контролируемых параметров с использованием рабочих средств измерений в реальных условиях разрабатывают и применяют методики выполнения измерений [19, 23 - 26].

3.6. Метрологическое обеспечение измерений ионизирующих излучений

3.6.1. Подходы к государственному метрологическому контролю в сфере обеспечения радиационной безопасности

Основу системы метрологического обеспечения измерений ионизирующих излучений в России составляют государственные первичные и специальные эталоны, перечисленные в табл. 3.20.

Таблица 3.20

Государственные эталоны в области измерений ионизирующих излучений

В соответствии с Законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» государственный метрологический контроль и надзор, осуществляемый с целью проверки соблюдения метрологических правил и норм, распространяются, в частности, на здравоохранение, охрану окружающей среды, обеспечение безопасности труда. В соответствии с этим законом в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора средства измерений подвергаются обязательным испытаниям с последующим утверждением типа средств измерений [12].

Испытания средств измерений для целей утверждения их типа проводятся государственными научными метрологическими центрами Госстандарта России, аккредитованными в качестве государственных центров испытаний средств измерений. Решение об утверждении типа средств измерений принимается Госстандартом России и удостоверяется сертификатом об утверждении типа средств измерений.

Средства измерений, используемые в сфере государственного метрологического контроля и надзора, подвергаются обязательной поверке органами Государственной метрологической службы [18]. По решению Госстандарта России право поверки средств измерений может быть предоставлено аккредитованным метрологическим службам юридических лиц. Деятельность этих метрологических служб осуществляется в соответствии с действующим законодательством и нормативными документами по обеспечению единства измерений. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений определяется правилами по метрологии [13].

Проблемы поверки средств измерений, используемых в сфере контроля радиационной безопасности, связаны с тем, что нормируемые и операционные величины отличаются от величин, единицы которых воспроизводятся на государственных первичных эталонах. Кроме того, как правило, условия поверки средства измерений и условия применения на практике рабочего средства измерений не совпадают. Поэтому утверждение типа средства измерений и последующая поверка средств измерений не решают в полной мере задачи обеспечения достоверности измерений на практике. Важное значение в этом случае приобретают разработка и использование специфических методик выполнения измерений с применением конкретных средств измерений.

В процессе метрологического контроля можно выделить ряд составляющих элементов: выбор контролируемых параметров, регламент проведения контроля, средства измерений, поверка средств измерений, методики выполнения измерений, оценка результатов измерений и их интерпретация. Каждый из составляющих элементов содержит свои специфические источники погрешности. Кроме того, контролю присущи субъективные ошибки, в существенной степени связанные с квалификацией персонала и условиями проведения контроля. Только комплексное (совместное и взаимосвязанное) рассмотрение и согласование этих элементов в конкретной лаборатории создает предпосылки для достижения требуемой достоверности результатов измерений.

Эту цель преследует аккредитация специальных лабораторий радиационного контроля (ЛРК), предназначенных для проведения испытаний на радиационную безопасность продукции и объектов окружающей среды.

3.6.2. Основные средства и методы поверки средств измерений радиационного контроля

Поверка средств измерений осуществляется в соответствии с методиками поверки, утверждаемыми либо в виде отдельных нормативных документов [20 - 22], либо в виде раздела в составе эксплуатационной документации на соответствующее средство измерений. При поверке используются эталоны, поверенные в единицах соответствующих операционных величин.

Основные эталоны, используемые при поверке рабочих средств измерений, перечислены в табл. 3.21.

Таблица 3.21

Основные средства поверки (эталоны) и условия поверки средств измерений

3.6.3. Система аккредитации лабораторий радиационного контроля

В России с 1993 года функционирует система аккредитации лабораторий радиационного контроля (САРК). Аккредитация проводится в соответствии с нормативным документом «Государственная система обеспечения единства измерений. Критерии и порядок аккредитации лабораторий радиационного контроля». САРК постоянно развивается и совершенствуется. Утверждены ПР 50.2.030-2001 «Система аккредитации лабораторий радиационного контроля. Основные положения». Существенным обстоятельством является то, что аккредитация ЛРК - это не одноразовый акт подтверждения компетентности данной лаборатории, а процесс постоянного контроля деятельности аккредитованной ЛРК и совершенствования процесса измерений (испытаний) в лаборатории в области аккредитации под руководством аккредитовавшего ее органа.

Критериями аккредитации ЛРК являются:

наличие условий, обеспечивающих техническую компетентность лаборатории, и их соответствие государственной системе обеспечения единства измерений (ГСИ);

положительные результаты экспериментальной проверки технической компетентности лаборатории.

Условиями, обеспечивающими техническую компетентность лаборатории, являются:

наличие оборудования (средств измерений и вспомогательного), необходимого для выполнения измерений (испытаний) в заявленной области, или наличие свободного доступа к такому оборудованию;

наличие методик, инструкций и других документов^* (методик выполнения измерений, методик отбора и подготовки проб, норм и требований на продукцию и др.), необходимых для выполнения заявленных испытаний;

наличие достаточного по количеству и квалификации персонала;

наличие внутренней системы гарантий обеспечения достоверности и контроля качества измерений (испытаний).

^*Нормативно-методические документы должны соответствовать области аккредитации ЛРК. Документы [1, 5, 7, 35, 37, 38, 19, 23, 24, 25, 30, 49] могут служить примерным перечнем документов, необходимых для наиболее часто встречающихся областей аккредитации.

Экспериментальная проверка осуществляется применительно к приоритетным направлениям деятельности лаборатории в диапазоне типичных значений определяемых параметров посредством выполнения лабораторией испытаний контрольных проб, задаваемых аккредитующим органом.

Завершающим этапом аккредитации является выдача соответствующего аттестата аккредитованной лаборатории. После аккредитации ЛРК имеет право:

выполнять испытания для целей сертификации продукции и объектов окружающей среды и выдавать сертификаты установленного образца;

проводить арбитражные измерения;

принимать участие в испытаниях (измерениях) продукции и объектов окружающей среды, по результатам которых могут применяться санкции.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.1

Значения дозовых коэффициентов, пределов годового поступления с воздухом и пищей, допустимой объемной активности во вдыхаемом воздухе и уровней вмешательства при поступлении с водой отдельных радионуклидов для населения^[1]

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2

КРИТЕРИИ ВМЕШАТЕЛЬСТВА НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

1. Защита населения на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, осуществляется на основе принципов безопасности при вмешательстве. При любых восстановительных действиях необходимо обеспечить непревышение уровня пороговых детерминированных эффектов у населения.

2. Числовые значения критериев вмешательства для территорий, загрязненных в результате радиационных аварий, и вмешательства при обнаружении локальных радиоактивных загрязнений («последствий прежней деятельности») различаются.

3. Критерии вмешательства на территориях, загрязненных в результате радиационных аварий.

3.1. На разных стадиях аварии вмешательство регулируется зонированием загрязненных территорий, основанным на величине годовой эффективной дозы, которая может быть получена жителями в отсутствии мер радиационной защиты. Под годовой дозой здесь понимается эффективная доза, средняя у жителей населенного пункта за текущий год, обусловленная искусственными радионуклидами, поступившими в окружающую среду в результате радиационной аварии.

3.2. На территории, где годовая эффективная доза не превышает 1 мЗв, производится обычный контроль радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды и сельскохозяйственной продукции, по результатам которого оценивается доза облучения населения. Проживание и хозяйственная деятельность населения на этой территории по радиационному фактору не ограничивается. Эта территория не относится к зонам радиоактивного загрязнения. При величине годовой дозы более 1 мЗв загрязнение территории по характеру необходимого контроля обстановки и защитных мероприятий подразделяется на зоны.

3.3. Зонирование на ранней и промежуточной стадиях радиационной аварии рассмотрено в п. 6.3.3.4.

3.4. Зонирование на восстановительной стадии радиационной аварии

3.4.1. Зона радиационного контроля - от 1 мЗв до 5 мЗв. В этой зоне, помимо мониторинга радиоактивности объектов окружающей среды, сельскохозяйственной продукции и доз внешнего и внутреннего облучения населения и его критических групп, осуществляются меры по снижению доз на основе принципа оптимизации и другие необходимые активные меры защиты населения.

3.4.2. Зона ограниченного проживания населения - от 5 мЗв до 20 мЗв. В этой зоне осуществляются те же меры мониторинга и защиты населения, что и в зоне радиационного контроля. Добровольный въезд на указанную территорию для постоянного проживания не ограничивается. Лицам, въезжающим на указанную территорию для постоянного проживания, разъясняется риск ущерба здоровью, обусловленный воздействием радиации.

3.4.3. Зона отселения - от 20 мЗв до 50 мЗв. Въезд на указанную территорию для постоянного проживания не разрешен. В этой зоне запрещается постоянное проживание лиц репродуктивного возраста и детей. Здесь осуществляется радиационный мониторинг людей и объектов внешней среды, а также необходимые меры радиационной и медицинской защиты.

3.4.4. Зона отчуждения - более 50 мЗв. В этой зоне постоянное проживание не допускается, а хозяйственная деятельность и природопользование регулируется специальными актами. Осуществляются меры мониторинга и защиты работающих с обязательным индивидуальным дозиметрическим контролем.

4. Критерии вмешательства при обнаружении локальных радиоактивных загрязнений

4.1. Уровень исследования - от 0,01 до 0,3 мЗв/год. Это такой уровень радиационного воздействия источника на население, при котором требуется выполнять исследование источника с целью уточнения оценки величины годовой эффективной дозы и определения величины дозы, ожидаемой за 70 лет.

4.2. Уровень вмешательства - более 0,3 мЗв/год. Это такой уровень радиационного воздействия, при превышении которого требуется проведение защитных мероприятий с целью ограничения облучения населения. Масштабы и характер мероприятий определяются с учетом интенсивности радиационного воздействия на население по величине ожидаемой коллективной эффективной дозы за 70 лет.

4.3. Решение о необходимости, а также о характере, объеме и очередности защитных мероприятий принимается органами Госсанэпиднадзора с учетом следующих основных условий:

местонахождения загрязненных участков (жилая зона, дворовые участки, дороги и подъездные пути, жилые здания, сельскохозяйственные угодья, садовые и приусадебные участки и пр.; промышленная зона; территория предприятия, здания промышленного и административного назначения, места сбора отходов и пр.);

площади загрязненных участков;

возможного проведения на участке загрязнения работ, действий (процессов), которые могут привести к увеличению уровней радиационного воздействия на население;

мощности дозы гамма-излучения, обусловленной радиоактивным загрязнением;

изменения мощности дозы гамма-излучения на различной глубине от поверхности почвы (при загрязнении территории).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.3

Нормативы качества и безопасности (по радиационному признаку) для человека продовольственного сырья и пищевых продуктов

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.4

Допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в продукции лесного хозяйства

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 3

1. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения».

2. Федеральный закон «Об использовании атомной энергии».

3. Федеральный закон «Об охране окружающей среды».

4. Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».

5. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

6. ГОСТ 8.496-83. ГСИ. Радиационная безопасность. Коэффициент качества ионизирующих излучений.

7. ГОСТ Р 50801-95. Древесное сырье, лесоматериалы. Методы измерения активности радионуклидов.

8. ГОСТ 4.59-79. СПКП. Средства измерений ионизирующих излучений. Номенклатура показателей.

9. ГОСТ 27451-87. Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия.

10. ГОСТ 29074-91. Аппаратура контроля радиационной обстановки. Общие требования.

11. РД 50-454-84. Методические указания. Внедрение и применение ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин» в области ионизирующих излучений (в редакции 1990 г.).

12. ПР 50.2.009-94. ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений.

13. ПР 50.2.013-94. ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право аттестации методик выполнения измерений и проведения метрологической экспертизы документов.

14. МУ 2.6.1.14-2001. Контроль радиационной обстановки. Общие требования. Методические указания. ДБЧС МАЭ РФ, Федеральное управление «Медбиоэкстрем» Минздрава России, 2001.

15. МУ 2.6.1.016-2000. Определение индивидуальных эффективных и эквивалентных доз и организация контроля профессионального облучения в контролируемых условиях обращения с источниками излучения. Общие требования. Методические указания. ДБЧС МАЭ РФ, Федеральное управление «Медбиоэкстрем» Минздрава России, 2000.

16. МУ 2.6.1.25-2000. Дозиметрический контроль внешнего профессионального облучения. Общие требования. Методические указания. ДБЧС МАЭ РФ, Федеральное управление «Медбиоэкстрем» Минздрава России, 2000.

17. МУ 2.6.1.26-2000. Дозиметрический контроль внутреннего профессионального облучения. Общие требования. Методические указания. ДБЧС МАЭ РФ, Федеральное управление «Медбиоэкстрем» Минздрава России, 2000.

18. МИ 2273-93. ГСИ. Области использования средств измерений, подлежащих поверке.

19. МИ 2143-91. ГСИ. Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре.

20. МИ 46-75. ГСИ. Методика поверки радиометров аэрозолей для измерения концентрации и скрытой энергии естественных радиоактивных аэрозолей.

21. МИ 2011-89. ГСИ. Дозиметры гамма-нейтронного излучения ионизационные. Методика поверки.

22. МИ 2134-91. ГСИ. Измерители полевой эквивалентной дозы и мощности полевой эквивалентной дозы нейтронного излучения. Методика поверки.

23. Активность радионуклидов в объемных образцах: Методические рекомендации по выполнению измерений на сцинтилляционном гамма-спектрометре. - М., 1993 г.

24. Методика экспрессного определения объемной и удельной активности бета-излучающих нуклидов в воде, почве, продуктах питания, продукции растениеводства методом «прямого» измерения «толстых» проб. - М., 1991 г.

25. Методика измерения активности бета-излучающих радионуклидов в счетных образцах с использованием программного обеспечения «ПРОГРЕСС». - М.: ГП «ВНИИФТРИ», 1996.

26. Методика альфа-спектрометрических измерений удельной активности изотопов плутония в объектах окружающей среды с радиохимической подготовкой проб. - М., 1993.

27. Рекомендации МКРЗ / Публикация 6. Радиационная защита. - М.: Госатомиздат, 1961.

28. Рекомендации МКРЗ / Публикации 51, 52. Данные для использования при защите от внешнего излучения. Защита пациента в ядерной медицине. - М.: Энергоатомиздат, 1993 г.

29. Рекомендации МКРЗ / Публикация 60. - М.: Энергоатомиздат, 1994 г.

30. Рекомендации МКЗР / Публикация 65. Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

31. Ионизирующее излучение. Источники и биологические эффекты. НКДАР / Доклад за 1982 г. Генеральной ассамблее ООН (с приложениями). Нью-Йорк.-Т. 2.-1982.

32. ICRU Report 47.

33.ICRU Report 51.

34. ICRU Report 60.

35. ГН 2.6.1.758-99. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).

36. СП-2.6.1.799-99. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99).

37. СанПиН 2.3.2.1078-03. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.

38. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

39. СанПиН 2.6.1.1192-03. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований.

40. СанПиН 2.6.1.1281-03. Санитарные правила по радиационной безопасности персонала и населения при транспортировании радиактивных материалов (веществ).

41. СП 2.6.1.759-99. Допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в продукции лесного хозяйства.

42. МСанПиН 001-96. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях.

43. МУК 2.6.1.760-99. Определение индивидуальных эффективных доз облучения пациентов при рентгенологических исследованиях с использованием измерителей произведения дозы на площадь. Методические указания по методам контроля.

44. Гусаров И.И., Иванов С.И. О защитных эффектах действия малых доз ионизирующих излучений (обзор литературы) // АНРИ. - № 4. - 2001. - С. 8 - 17.

45. Кочетков О.А., Кутьков В.А., Панфилов А.П. Методическое обеспечение введения в действие новых норм радиационной безопасности / В кн. «Методическое обеспечение радиационного контроля на предприятии». - М.: НПП «Доза» ВНИИФТРИ, 2000.

46. Методические рекомендации по аппаратурному оснащению региональных целевых программ «Радон» // АНРИ. - № 3/4. - 1995. - С. 23 - 40.

47. Маргулис У.Я. Атомная энергия и радиационная безопасность. М.: Энергоатомиздат, 1988.

48. Маргулис У.Я., Брегадзе Ю.И. Радиационная безопасность. Принципы и средства ее обеспечения. - М.: Эдиториал УРСС, 2000.

49. Нормы допустимых уровней гамма-излучения и радона на участке застройки // АНРИ. - № 3/4. - 1995. С. 105 - 114.

50. Павлов И.В. Рекомендации по составлению целевых программ снижения уровня облучения населения от природных радиоактивных источников (РЦП «Радон») // АНРИ. - № 1. - 1995. С. 60 - 61.

51. Эйдус Л.Х. Физико-химические основы радиобиологических процессов и защиты от излучений. - М.: Атомиздат, 1972.

Глава 4. АКУСТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Д.З. Лопашев, Л.А. Борисов, В.А. Аистов

Акустический шум относится к распространенным физическим опасным и вредным факторам, влияющим на окружающую среду и людей. Измерения параметров этого фактора, его нормирование и контроль приобретают все большее значение; разработаны соответствующие международные и государственные стандарты; разработаны стандарты, устанавливающие технические требования на средства измерений и их поверку; в терминологических стандартах установлены термины и определения, измеряемые величины, единицы измерения и обозначения.

Стандарты по акустике разработаны Международной организацией по стандартизации (ИСО), Международной электротехнической комиссией (МЭК), Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ) и др.

Акустический шум нормируют и измеряют в звуковом диапазоне в октавных полосах частот 31,5 - 8000 Гц, в инфразвуковом диапазоне в октавных полосах частот 2 - 16 Гц и в ультразвуковом диапазоне в третьоктавных полосах частот 12,5 - 100 кГц.

4.1. Величины, используемые для характеристики степени воздействия акустического шума

Основные измеряемые величины и обозначения, используемые для характеристики воздействия акустического шума в современных стандартах, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Основные измеряемые величины, используемые для характеристики воздействия акустического шума

Уровни акустического шума определяют относительно опорных значений:

звукового давления 2·10^-5 Па = 20 мкПа;

интенсивности звука 10^-12 Вт/м² = 1 пкВт/м²;

звуковой мощности 10^-12 Вт = 1 пкВт.

Из табл. 4.1 можно сделать следующие выводы:

1. Для целей санитарного нормирования наметилась тенденция измерять величины в дБ А: звукоизоляцию, уровень интенсивности звука, корректированный уровень звуковой мощности, уровень звука А, эквивалентный уровень звука А, экспозицию звука А, звуковое давление по характеристике А, корректированную звуковую мощность по характеристике А.

2. Для целей технического нормирования необходим спектральный анализ шума в октавных полосах частот в дБ.

3. Измерение спектра при санитарном нормировании, по-видимому, избыточно, так как номер предельного спектра для шума любого спектрального состава связан с уровнем звука А простой зависимостью L_pА = ПС + 5 дБ. Это позволяет существенно сократить объем работ при контроле санитарных норм и не измерять спектры шума, уменьшить потребность в измерительных приборах.

4.2. Механизм воздействия акустических факторов на организм человека

Повышенный шум является вредным физическим фактором окружающей среды, воздействие которого на людей при определенных условиях может привести к заболеванию или стойкому снижению работоспособности.

Понятие «шум» включает слышимый шум, а также звуковые колебания инфра- и ультразвуковых частот.

Особенности влияния шума на организм человека рассмотрены в предыдущей книге данной серии справочников [19] и в практическом руководстве по эколого-гигиенической оценке и контролю физических факторов [18]. Воздействие каждого фактора на человека зависит от интенсивности шума, спектрального состава, временных характеристик и продолжительности действия.

4.2.1. Воздействие слышимого шума

Шум с уровнем звукового давления 100 - 120 дБ на низких частотах и 80 - 90 дБ в среднем и высокочастотном диапазонах приводит к временному повышению порога слышимости, который при постоянном воздействии в течение 10 лет переходит в необратимое снижение слуха. При этих уровнях шума требуется больше физических и нервно-психических усилий, чем при уровне звукового давления ниже 70 дБ. Это приводит к быстрой утомляемости, снижению концентрации внимания, и, как следствие, производительности труда, служит причиной увеличения брака и числа случаев производственного травматизма. Перенапряжение центральной нервной системы в процессе труда и отдыха вызывает такие серьезные болезни, как гипертоническая и язвенная, желудочно-кишечные и кожные, неврозы.

Шум вызывает тугоухость. Основным признаком тугоухости служит сильное понижение чувствительности слуха на частотах 500, 1000 и 2000 Гц, не менее 25 дБ по сравнению с соответствующим средним Уровнем по стандарту ИСО 389. В руководстве [18] шумовую болезнь определяют как общее заболевание организма с преимущественным поражением органа слуха, центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, развивающееся в результате длительного воздействия интенсивного шума.

4.2.2. Воздействие инфразвука

Инфразвук неблагоприятно действует на организм, особенно на психоэмоциональную сферу, влияет на работоспособность, сердечно-сосудистую, эндокринную и другие системы [23], особенно на частотах около 7 Гц (резонанс грудной клетки и брюшной полости). При разности уровней (L_Лин - L_A) менее 10 дБ уровни инфразвука незначительные, при разности от 11 до 20 дБ - имеет место инфразвук низких уровней, более 21 дБ - уровни инфразвука значительные [18].

4.2.3. Воздействие ультразвука

При воздействии ультразвука в диапазоне октавных частот 16 - 63 кГц с уровнями, превышающими предельно допустимые, могут наблюдаться функциональные изменения центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой, эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов, гормональные нарушения. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома [18].

4.3. Нормирование слышимого шума, инфразвука и ультразвука

4.3.1. Нормирование слышимого шума

В основу нормирования положен принцип предельных спектров и значений уровней звука А в дБ А.

Под предельным спектром понимают предельно допустимые значения уровня звукового давления в октавных полосах частот. Номер предельного спектра соответствует значению уровня звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Каждому предельному спектру соответствуют определенные значения уровней звукового давления в октавных полосах частот.

Уровнем звука называют уровень, измеряемый по шкале шумомера при включении в нем частотных коррекций А, С или линейной характеристики «Лин» и временных характеристик F («быстро»), S («медленно»), I («импульс») или Пик. Например, уровень звука A, L_pA в дБ А.

Предельно допустимое значение уровня звука А связано с предельным спектром зависимостью L_pА = ПС + 5. Из этой зависимости следует, что для целей санитарного нормирования достаточно измерять и нормировать уровень звука в дБ А и отказаться от спектрального анализа, который нужно применять лишь для технического нормирования шума. Нормирование уровней шума проводится в зависимости от установленной в ГОСТ 12.1.003 классификации шумов по спектральному составу и временным характеристикам.

По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные с непрерывным спектром шириной более одной октавы и тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, превышающие уровень звукового давления в соседних полосах частот не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам шумы подразделяют на постоянные и непостоянные в зависимости от изменения во времени уровня звука А. При изменении уровня звука, измеренного на временной характеристике медленно, не более чем на 5 дБ А, шум считают постоянным, в противном случае - непостоянным.

Непостоянные шумы подразделяют на следующие:

колеблющиеся во времени, уровень звука А которых непрерывно меняется во времени;

прерывистые, уровень звука А которых ступенчато изменяется на 5 дБ А и более, причем длительность интервалов, в течение которых уровень звука остается постоянным, составляет не менее 1 с;

импульсные, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука А, измеренные в дБ А и дБ AI, при включении характеристик шумомера «медленно» (S) и «импульс» (I), отличаются не менее 7 дБ.

Для постоянного шума нормируют уровни звукового давления в октавных полосах частот 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц, а также уровень звука А.

Для непостоянного шума нормируют эквивалентный уровень звука A, L_pAeq. Дополнительно для колеблющегося во времени и прерывистого шума ограничивают максимальные уровни звука, измеренные на временной характеристике «медленно», а для импульсного шума - максимальный уровень звука А, измеренный на временной характеристике «импульс».

Международный институт по борьбе с шумом INCE рекомендует в качестве нормативной характеристики импульсного шума уровень звука С в дБ С. Эта величина включена в стандарт ИСО 4871 для декларирования шумовых характеристик.

Мерой воздействия шума является доза шума Д, Па²·ч, которая отражает количество энергии, передаваемой за время действия шума Т с учетом коррекции А шумомера.

На практике используют относительное значение дозы шума Д_ш в долях от допустимой Д_доп = p²_Адоп·Т_доп = 0,32 Па²·ч (р_Адоп = 0,2 Па, соответствует уровню шума 80 дБ А, Т_доп = 8 ч).

Эквивалентный уровень звука и доза шума связаны зависимостью (L_pAeq = 10 lg Д_ш) [18].

Основной характеристикой источника шума является уровень звуковой мощности в октавных полосах частот: 31,5; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Методы определения уровня звуковой мощности установлены в стандартах ГОСТ 23941, ГОСТ 12.1.024 - ГОСТ 12.1.028, ГОСТ 27243, ГОСТ 30457, ГОСТ Р 51400, ГОСТ 51402, а также в международных стандартах серий ИСО 3740 и ИСО 9614.

Уровень звуковой мощности в полосах частот выражают в дБ, а корректированный уровень звуковой мощности - в дБА.

В международном стандарте ИСО 4871 вводятся также уровни звука излучения а и С, создаваемые источником шума на рабочем месте и в других заданных точках. Методы определения уровня звука излучения А установлены в серии стандартов ИСО 11200 и ГОСТ 30683 (ИСО 11204).

В руководстве [18] вводится суммарная доза шума, позволяющая оценить кумуляцию шумового воздействия на работе и во время отдыха (ночного и дневного) и, при необходимости, за неделю, месяц, год.

Нормирование городского шума (СН 2.2.4/2.1.8.562-96)

В разных странах установлены свои национальные нормы допустимого шума для различных ситуаций в городской застройке и при разных видах источников городского шума. Между этими нормами есть отдельные совпадения, но немало и отличий. Поэтому какие-либо единые международные нормы городского шума отсутствуют.

В настоящее время в нашей стране основополагающим нормативным документом в этой области являются санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96, а в Москве, кроме того, Московские городские строительные нормы МГСН 2.04-97 (утверждены Правительством Москвы постановлением от 06.05.97 № 325).

В СН 2.2.4/2.1.8.562-96 констатируется, что данные нормы «являются обязательными для всех организаций и юридических лиц на территории Российской Федерации независимо от форм собственности, подчинения и принадлежности и физических лиц независимо от гражданства. Ссылки на требования санитарных норм должны быть учтены в Государственных стандартах и во всех нормативно-технических документах...».

Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 дают определения основных измеряемых величин, применяемых при нормировании шума в городской среде:

звуковое давление, Па;

эквивалентный (по энергии) уровень звука А непостоянного шума, дБ А,

предельно допустимый уровень звука А, дБ А (это уровень, который при ежедневной, кроме выходных дней, работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья);

допустимый уровень звука А, дБ А (это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем анализаторов, чувствительных к шуму);

максимальный уровень звука А, дБ А.

В первой части стандарта ИСО 1996/1 устанавливаются основные величины, служащие для количественного описания шума окружающей среды, и приводятся методы измерения этих величин. К ним относятся следующие:

звуковое давление, определенное при использовании частотной коррекции А, Па;

уровень звукового давления, дБ, относительно опорного звукового давления р₀ = 20 мкПа;

уровень звука А, дБ А;

процентный уровень - уровень звука А, дБ А, измеренный на временной характеристике шумомера F («быстро») и превышаемый в течение N % времени измерений;

эквивалентный уровень звука А, дБ А;

уровень звуковой экспозиции, дБ;

измерительный временной интервал - интервал времени, в течение которого осуществляются интегрирование и усреднение среднеквадратичных значений звукового давления;

базовый интервал времени - интервал времени, к которому должен быть отнесен эквивалентный уровень звукового давления; он должен охватывать типичные периоды деятельности человека и вариации в работе источника шума;

длительный интервал времени - установленный интервал времени, для которого результаты измерений шума являются репрезентативными; длительный интервал времени состоит из ряда базовых интервалов времени и служит для целей описания шума окружающей среды, он обычно устанавливается директивными органами;

средний уровень звука за длительный интервал времени - среднее из эквивалентных уровней звука для серии базовых интервалов времени, заключенных в пределах длительного интервала времени;

оценочный уровень звука - эквивалентный уровень звука в течение установленного интервала времени из оценочных уровней для серии базовых интервалов времени.

Санитарные нормы дают классификацию шумов по характеру спектра (широкополосный, тональный), по временным характеристикам (постоянный, непостоянный - колеблющийся во времени, прерывистый, импульсный) и устанавливают нормируемые параметры и допустимые уровни шума в помещениях жилых, общественных зданий различного назначения и на территории жилой застройки.

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами в диапазоне 31,5 - 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использовать уровни звука А, дБ А.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные (по энергии) уровни звука А, дБ А и максимальные уровни звука А, дБ А. Оценка непостоянного шума на соответствие допустимым уровням должна проводиться одновременно по эквивалентному и максимальному уровням звука.

СН 2.2.4/2.1.8.562-96 содержат табл. 3 (в книге - табл. 4.2), в которой указаны типы помещений жилых и общественных зданий и участков селитебных территорий и приведены допустимые значения октавных уровней звукового давления, эквивалентных и максимальных уровней звука в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки. В этих санитарных нормах установлены также поправки к табличным значениям для тонального и импульсного шума (- 5 дБ А), для шума систем кондиционирования воздуха, воздушного отопления, вентиляции и другого инженерно-технологического оборудования (- 5 дБ А), для эквивалентных и максимальных уровней звука, создаваемого средствами автомобильного и железнодорожного транспорта в 2 м от ограждающих конструкций первого эшелона шумозащитных типов жилых зданий, зданий гостиниц, общежитий, обращенных в сторону магистральных улиц общегородского и районного значения, железных дорог (+ 10 дБ А).

В санитарных нормах в отличие от старых норм не содержится поправка на месторасположение здания, что в ряде случаев ужесточает нормы городского шума.

Таблица 4.2

Допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные и максимальные уровни звука проникающего шума в помещениях жилых и общественных зданий и шума на территории жилой застройки

Нормирование шума и звукоизоляции в Москве (МГСН 2.04-97)

Допустимые уровни проникающего шума и требования к звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий в Москве установлены в МГСН 2.04-97.

Нормативные требования к допустимому шуму и звукоизоляции ограждающих конструкций в жилых и общественных зданиях г. Москвы установлены для категорий:

категория А - высококомфортные условия;

категория Б - комфортные условия;

категория В - предельно допустимые условия.

Категория здания устанавливается техническим заданием на проектирование. Категория Б рекомендуется для массового строительства.

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (октавные уровни звукового давления).

Для ориентировочной оценки допускается использовать уровни звука L_A, дБ А.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные (по энергии) уровни звука L_Aэкв, дБ А, и максимальные уровни звука L_Amax, дБ А.

Оценка непостоянного шума на соответствие допустимым уровням должна проводиться одновременно по эквивалентному и максимальному уровням звука.

Допустимые значения октавных уровней звукового давления, уровней звука, эквивалентных и максимальных уровней звука проникающего шума в помещениях жилых и массовых зданий общественного назначения приведены в табл. 4.3.

Нормативные требования к звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий приведены в табл. 4.4, а к звукоизоляции окон в табл. 4.5.

Таблица 4.3

Допустимые уровни проникающего шума

Таблица 4.4

Нормативные требования к звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий

Таблица 4.5

Нормативные требования к звукоизоляции окон

Нормирование шума автомобильного транспорта (ГОСТ Р 41.51-99, ГОСТ Р 51616-2000)

Наиболее распространенным и значительно ухудшающим экологическое состояние городской среды является шум автомобильного транспорта.

ГОСТ Р 41.51-99 устанавливает предельные значения наружного шума для различных категорий транспортных средств, приведенные в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Предельные значения наружного шума автомобильного транспорта по ГОСТ Р 41.51-99

Категории М и N - см. ГОСТ Р 41.51-99 (приложение 4).

ГОСТ Р 51616-2000 устанавливает допустимые уровни звука А внутреннего шума автомобилей и автобусов для перевозки пассажиров и автомобилей для перевозки грузов, приведенные в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств по ГОСТ Р 51616-2000

Нормирование шума мотоциклов

Допустимые уровни звука А приведены в табл. 4.8.

Таблица 4.8

Допустимые уровни шума мотоциклов

Нормирование шума самолетов (ГОСТ 22283-88)

Допустимые уровни шума самолетов на территории жилой застройки установлены в ГОСТ 22283-88. Нормируемыми характеристиками шума, создаваемого на территории жилой застройки при взлете, посадке и пролете самолетов и вертолетов, являются максимальные уровни звука L_A, дБ А, при каждом пролете и эквивалентные Уровни звука, дБ А. Оба параметра - для дневного и ночного времени. Максимальные уровни звука А не должны превышать значений, указанных в табл. 4.9.

Таблица 4.9

Максимально допустимые уровни звука А самолетов на территории жилой застройки по ГОСТ 22283-88

Допускается превышение в дневное время установленного уровня звука А не более 10 дБ А для аэродромов 1-го и 2-го классов и для заводских аэродромов, но не более 10 пролетов в день.

При пролетах сверхзвуковых самолетов допускается превышение установленных уровней звука L_A на 10 дБ А и L_Аэкв на 5 дБ А за период не более двух суток в течение одной недели.

Шум нормируется предельными спектрами уровней звукового давления в дБ в октавных полосах частот, в диапазоне от 31,5 до 8000 Гц, или уровнями звука А в дБ А в условиях крейсерского полета. Уровни звукового давления не должны превышать предельных спектров с номерами, указанными в табл. 4.10. Предельные спектры приведены в табл. 4.11.

При приемо-сдаточных испытаниях допускается оценка шума по уровням звука А, табл. 4.12.

Таблица 4.10

Допустимые уровни звука А в кабинах по ГОСТ 20296-81

Таблица 4.11

Уровни звукового давления в октавных полосах частот, соответствующие предельным спектрам

Таблица 4.12

Допустимые уровни звука А в кабинах по ГОСТ 20296-81

Нормирование шума звуковоспроизводящих и звукоусилительных устройств в закрытых помещениях и на открытых площадках (СН № 4396-87)

Допустимые уровни шума установлены в СН № 4396-87. Уровни звука А не должны превышать значений, приведенных в табл. 4.13.

Таблица 4.13

Допустимые уровни звука А звуковоспроизводящих и звукоусилительных устройств в закрытых помещениях и на открытых площадках по СН № 4396-87

4.3.2. Нормирование инфразвука (СН 2.2.4/2.1.8.583-96)

В санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.583-96 нормируемыми характеристиками постоянного инфразвука установлены:

уровень звукового давления, дБ, в октавных полосах частот 2, 4, 8, 16 Гц;

уровень звука «Лин», дБЛин, при условии, если разность между уровнями по шкалам «Линейная» и «А» на временной характеристике шумомера «медленно» составляет не менее 10 дБ.

Нормируемыми характеристиками непостоянного инфразвука установлены эквивалентные уровни звукового давления в октавных полосах частот 2, 4, 8, 16 Гц и эквивалентный уровень звука «Лин» в дБЛин. Нормируемые значения приведены в табл. 4.14.

Таблица 4.14

Предельно допустимые уровни инфразвука на территории жилой застройки

и в помещениях жилых и общественных зданий по СН 2.2.4/2.1.8.583-96

4.3.3. Нормирование ультразвука (СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96)

В санитарных нормах СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 и ГОСТ 12.1.001 в качестве нормируемых параметров воздушного ультразвука установлены уровни звукового давления в третьоктавных полосах частот: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 и 100 кГц.

Нормируемыми параметрами контактного ультразвука являются пиковые значения виброскорости или ее логарифмические уровни (относительно 5·10^-8 м/с) в октавных полосах частот: 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500 кГц. При совместном воздействии воздушного и контактного ультразвука предельно допустимые уровни контактного ультразвука принимают на 5 дБ ниже нормируемых значений.

Для ультразвуковых источников бытового назначения (стиральные машины, охранная сигнализация и пр.) нормативные уровни воздушного и контактного ультразвука не должны превышать 75 дБ на рабочей частоте.

4.4. Приборы и методы измерений акустического шума

Основные приборы, применяемые для измерения шума: шумомеры, шумомеры интегрирующие, шумомеры усредняющие, спектрометры, узкополосные анализаторы спектра, интенсиметры, дозиметры шума, калибраторы шумомеров и интенсиметров, образцовые источники шума.

Шумомер - прибор для измерения уровня звука при частотных характеристиках А, С, линейной характеристике «Лин» и временных характеристиках F, S, I по ГОСТ 17187-81.

Спектрометр - прибор для измерения спектра шума в октавных полосах частот либо в частях октавы. В случае соединения с измерительным микрофоном спектрометр измеряет уровни звукового давления в полосах частот в дБ. Полосовые фильтры спектрометра должны соответствовать ГОСТ 17168-82.

Интенсиметр - прибор для измерения уровня интенсивности звука в полосах частот либо корректированного уровня интенсивности звука по частотной характеристике А шумомера по МЭК 61043.

Образцовый источник шума - источник шума с нормируемыми метрологическими характеристиками по ИСО 6926, применяемый для измерения уровня звуковой мощности источников шума по методу сравнения.

По основным метрологическим характеристикам, стандартизованным в международных и государственных стандартах: основной погрешности приборов, частотному диапазону, временным характеристикам и частотным коррекциям - измерительные приборы всех фирм, в том числе отечественные, примерно одинаковы. Разница в приборах старых выпусков и новых сводится к измерению нестандартизованных величин: спектральной плотности (БПФ-анализ), уровня громкости и др. Различна степень автоматизации вычислений.

4.4.1. Характеристики приборов для измерения шума

Характеристики приборов для измерения шума, внесенных в Госреестр, приведены в табл. 4.15.