Ультразвук и инфразвук. Особенности физиологического воздействия на человека. Способы защиты

Ультразвук и инфразвук. Особенности физиологического воз-действия на человека. Способы защиты.

Шум— это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Шум отрицательно влияет на организм человека, и в первую очередь на его центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, утомляет цент­ральную нервную систему, в результате чего ослабляется внимание, увеличивается количество ошибок в действиях работающего, снижа­ется производительность труда. Воздействие шума приводит к появле­нию профессиональных заболеваний и может явиться также причиной несчастного случая. Источниками производственного шума являются машины, оборудование и инструмент.

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой 16 .20 000 Гц. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20 000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущении, но оказывают биологическое воздействие на организм. ¹

Ультразвук

Ультразвук представляет собой механические колебания упру­гой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую природу, но щипающиеся более высокой частотой, превышающей принятую верхнюю границу слышимости — свыше 20 кГц, хотя при больших интенсивностях (120—145 дБ) слышимыми могут быть и звуки более высокой частоты.

¹ П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда Уч. Пособие – М.: Высшая школа, 1999, стр.138

Гигиеническая классификация ультразвука происходит по ос­новным характерным признакам.

1. По способу распространения ультразвуковых колебаний: -контактный способ — ультразвук распространяется при со­ прикосновении рук или других частей тела человека с источ­ником ультразвука, обрабатываемыми деталями, приспособ­лениями для их удержания и т. д.;

-воздушный способ — ультразвук распространяется по воз­духу.

2. По типу источников ультразвуковых колебаний выделяют:

ручные источники;

стационарные источники.

3. По спектральным характеристикам ультразвуковых колеба­ний выделяют:

низкочастотный ультразвук — 16—63 кГц (указаны среднегео­метрические частоты октавных полос);

среднечастотный ультразвук — 125—250 кГц;

высокочастотный ультразвук — 1,0—31,5 МГц.

4. По режиму генерирования ультразвуковых колебаний выде­ляют:

постоянный ультразвук;

импульсный ультразвук.

5. По способу излучения ультразвуковых колебаний выделяют:

- источники ультразвука с магнитострикционным генератором;

- источники ультразвука с пьезоэлектрическим генератором Ультразвук, как и звук, характеризуется ультразвуковым давле­нием (Па), интенсивностью (Вт/м2) и частотой колебаний (Гц).

При распространении в различных средах ультразвуковые вол­ны поглощаются, причем тем больше, чем выше их частота. Низко­частотный ультразвук довольно хорошо распространяется в возду­хе, а высокочастотный — практически не распространяется. В упру­гих средах (воде, металле и др.) ультразвук мало поглощается и спо­собен распространяться на большие расстояния, практически нетеряя энергии. Поглощение ультразвука сопровождается нагреванием среды.

Специфической особенностью ультразвука, обусловленной большой частотой и малой длиной волны, является возможности распространения ультразвуковых колебаний направленными пучки ми, получившими название ультразвуковых лучей. Они создают на относительно небольшой площади очень большое ультразвуковое давление. Это свойство ультразвука обусловило широкое его применение: для очистки деталей, механической обработки твердых материалов, сварки, пайки, ускорения химических реакций, дефектоскопии, проверки размеров выпускаемых изделий, структурного анализа веществ, гидролокации и др. Нашел применение ультразвук в медицине для лечения заболеваний позвоночника, суставов, периферической нервной системы и т. п.

Источниками ультразвука считаются все виды ультразвукового технологического оборудования, ультразвуковые приборы и т. д., генерирующие ультразвуковые колебания в диапазоне частот от 18 кГц до 100 МГц и выше.

К источникам ультразвука относится также оборудование, при эксплуатации которого ультразвуковые колебания возникают как сопутствующий фактор.

Промышленные ультразвуковые установки работают в основном с частотами от 18 до 30 кГц при интенсивности до 60—70 кВт/м2. Они состоят из генератора электрических импульсов и преобразователя, который трансформирует импульсы в ультразвуковые колебания.

При длительной работе с низкочастотными ультразвуковыми установками, генерирующими шум и ультразвук, превышающие установленные предельно допустимые уровни, могут произойти функциональные изменения центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибулярно­го аппарата и т. п. По сравнению с высокочастотным шумом ультра­звук значительно слабее влияет на функции слуха, но вызывает бо­лее выраженные отклонения от нормы вестибулярной функции, бо­левой чувствительности и терморегуляции. То, что ультразвук воз­действует на разные органы и системы человека не только через слуховой аппарат, подтверждается неблагоприятным его действием на глухонемых.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) ультразвука — это уро­ вень, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, об­ наруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ ультразвука не исключает наруше­ние здоровья у сверхчувствительных людей. Предельно допусти­мые уровни воздушного ультразвука на рабочих местах приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Предельно допустимые уровни воздушного ультразвука на

рабочих местах

Для защиты от воздействия повышенных уровней ультразвука можно использовать следующие направления: исключение контакта; с источником ультразвука; экранирование и звукоизоляция; использование средств индивидуальной защиты; проведение организационно-профилактических мероприятий.

Для исключения контакта с источниками ультразвука необходимо применять:

—дистанционное управление источниками ультразвука;

—автоблокировку, т. е. автоматическое отключение источников ультразвука при выполнении вспомогательных операций (зач грузка и выгрузка продукции, медицинского инструментария! и т. д., нанесения контактных смазок и др.);

—приспособления для удержания источника ультразвука или предметов, которые могут служить в качестве твердой контактной среды.

Стационарные ультразвуковые источники, генерирующие уровни звукового давления, превышающие нормативные значения оборудуются звукопоглощающими кожухами и экранами и размещаются в отдельных помещениях или звукоизолирующих кабинах.

Для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердых, жидких, газообразных средах, а также от контактных смазок применяются средства индивидуальной защиты: нарукавники, рукавицы или перчатки (наружные резиновые и внут­ренние хлопчатобумажные).

Неблагоприятное воздействие на человека-оператора воздушно­го ультразвука может быть ослаблено путем использования в ульт­развуковых источниках генераторов с рабочими частотами не ниже 22 кГц.

Организационно-профилактические мероприятия заключаются в проведении инструктажа работающих и установлении рациональ­ных режимов труда и отдыха. При систематической работе с источ­никами контактного ультразвука в течение более 50% рабочего вре­мени необходимо устраивать два регламентированных перерыва — десятиминутный перерыв за 1—1,5 ч до и пятнадцатиминутный пе­рерыв через 1,5—2 ч после обеденного перерыва для проведения физиопрофилактических процедур.

Инфразвук

Инфразвук представляет собой механические колебания упру­гой среды, имеющие одинаковую с шумом физическую природу, но распространяющиеся с частотами ниже 20 Гц. В воздухе инфразвук мало поглощается и поэтому способен распространяться на большие расстояния. Инфразвук характеризуется инфразвуковым давлени­ем (Па), интенсивностью (Вт/м2), частотой колебаний (Гц). Уровни интенсивности инфразвука и инфразвукового давления выражают­ся в децибелах (дБ).

По характеру спектра инфразвук подразделяется на:

— широкополосный инфразвук с непрерывным спектром шири­ной более одной октавы;

— тональный инфразвук, в спектре которого имеются слыши­мые дискретные составляющие. Гармонический характер ин­фразвука устанавливают в октавных полосах частот по превы­шению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам инфразвук подразделяется на:

— постоянный инфразвук, уровень звукового давления которого изменяется за время наблюдения не более чем в 2 раза (на 6 дБ);

— непостоянный инфразвук, уровень звукового давления которого изменяется за время наблюдения не менее чем в 2 раза (на 6 дБ).

Многие явления природы (землетрясения, извержения вулканов, морские бури) сопровождаются излучением инфразвуковым колебаний. В производственных условиях инфразвук образуется главным образом при работе крупногабаритных машин и механизмов (компрессоров, дизельных двигателей, электровозов, вентиляторов, турбин, реактивных двигателей и др.), совершающих вращательное или возвратно-поступательное движение с повторением цикла менее чем 20 раз в секунду (инфразвук механического происхождения). Инфразвук аэродинамического происхождения возникает при турбулентных процессах в потоках газов или жидкостей.

Инфразвук оказывает неблагоприятное воздействие на весь организм человека, в том числе и на орган слуха, понижая слуховую чувствительность на всех частотах. Для оценки степени выраженности инфразвука используется разность между показаниями шумов мера по шкале «Линейная», дБЛин, и с использованием частотной коррекции «А», дБА. При разности уровней дБЛин - дБА < 10 дБ уровни инфразвука незначительные, при разности от 11 до 20 дш имеет место инфразвук низких уровней, более 21 дБ — уровни ин-1 фразвука значительные.

При больших уровнях звука начинается зона необратимых деструктивных изменений в организме.

Инфразвуковые колебания воспринимаются как физическая нагрузка: возникают утомление, головная боль, головокружения, вестибулярные нарушения, снижается острота зрения и слуха, нарушается периферическое кровообращение, появляется чувство страха и т. п. Тяжесть воздействия зависит от диапазона частот, уровня звукового давления и длительности.

Особенно неблагоприятные последствия вызывают инфразвукового колебания частотой 2 . 15 Гц в связи с возникновением резонансных явлений в организме человека, причем наиболее опасна частота 7 Гц, так как возможно совпадение с альфа-ритмом биотоков мозга.

Предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой за­стройки приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах,

допустимые уровни инфразвука в жилых и общественных помещениях

и на территории жилой застройки

Основными мероприятиями по защите от неблагоприятного воздействия инфразвука являются: изменение режимов работы оборудования с целью устранения низкочастотных колебаний, повышение жесткости колеблющихся конструкций, применение глушите лей. Наиболее целесообразно уменьшать интенсивность инфразвуковых колебаний на стадии проектирования машин.

Для предупреждения неблагоприятных эффектов воздействие инфразвука

Классификация вредных веществ по классам опасности. Параметры токсичности.

В настоящее время известно более 7 млн химических соедине­ний, из которых примерно 60 тыс. регулярно используются человече­ством. Число известных химических веществ быстро растет - при­мерно на 1 тыс. в год. Все вещества следует различать по степени их вредности (опасности).

Вредным называется вещество, которое при контакте с челове­ком способно вызвать травмы, заболевания, ухудшение здоровья сра­зу же или много позднее (даже через несколько поколений). Вредные вещества по степени их опасности подразделяются на 4 класса:

1) чрезвычайно опасные,

2) высокоопасные,

3) умеренно опасные

4) малоопасные

Сравнительная опасность химических веществ оценивается ря­дом общепринятых параметров, основными из которых являются следующие:

1.ПДК - предельно допустимая концентрация, представляющая собой максимальную концентрацию какого-либо вещества, которая, воздействуя на человека в течение всей его жизни, не приведет к за­метным негативным изменениям ни у самого человека, ни у его по­томства. Обычно ПДК измеряется в мг/м3.

2.DL - летальная (смертельная) доза. Измеряется в мг вредного вещества, приходящихся на кг массы человека, то есть в мг/кг. Так как воздействие на людей различных вредных веществ носит инди­видуальный характер, то вводится несколько иной, более употреб­ляемый параметр DL50 (средняя смертельная доза). Он означает дозу, после воздействия которой погибает 50% испытуемых.

3.СL - летальная концентрация. Как и ПДК, измеряется в мг/м3. Наиболее употребляемым параметром является СL50 (средняя смер­тельная концентрация), представляющий собой концентрацию како­го-либо вредного вещества, которая, воздействуя на людей, приводит к гибели 50% из них.

4.Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО):

КВИО = С20/СL50, где С2о - предельно возможная (насыщенная) концентрация рассмат­риваемого вещества в воздухе при температуре 20°С.

О важности этого параметра можно судить по парам ртути - вещества 1-го класса опасности. Хотя значения ПДК, DL50, СL50 , соответствующие рту­ти, крайне малы, тем не менее люди, находящиеся на берегу ртутного озера даже в течение нескольких суток, обычно не умирают, а только тяжело заболе­вают. Это объясняется тем, что предельно возможная концентрация ртути в воздухе весьма мала.

В таблице 2приведена классификация вредных веществ по классам опасности в зависимости от значений соответствующих па­раметров.

Следует отметить, что если вещества 1 и 2 классов опасности представ­ляют большую угрозу человеку через желудок, чем через кожу, то вещества 3 класса опасности воздействуют одинаково, а 4 класса, наоборот, более опас­ны через кожу.

Классификация вредных веществ по классам опасности

Отравления вредными веществами протекают в острой и хро­нической формах. На производстве острые отравления чаще всего бывают групповыми и происходят вследствие аварий, поломок обо­рудования и грубых нарушений ТБ. Они характеризуются кратко­временностью действия вредного вещества (не более, чем в течение одной рабочей смены) и его поступлением в организм в относитель­но больших количествах (в результате вдыхания воздуха, содержа­щего высокие концентрации вредных веществ, ошибочного приема внутрь, а также загрязнения кожи).

Хронические отравления возникают постепенно при длитель­ном воздействии на организм какого-либо яда, поступающего в относительно небольших количествах. Хронические отравления возни­кают либо вследствие накопления в организме значительной массы вредного вещества, либо из-за вызываемых им функциональных на­рушений. При повторяющемся воздействии одних и тех же вредных веществ в субтоксической дозе возможно развитие как сенсибилиза­ции, так и привыкания. При сенсибилизации повторное действие ве­щества вызывает больший эффект, чем предыдущее, при привыкании - меньший. Развитие в организме либо сенсибилизации, либо привы­кания зависит как от вида и доз вредного вещества, так и от индиви­дуальных особенностей.

В принципе, нет абсолютно вредных и абсолютно безвредных веществ, так как почти каждое вещество одновременно является ядом и лекарством различия проявляются только в величине дозы. В медицине существует систе­ма лечения гомеопатия, заключающаяся в лечении пациентов различными ядами, употребляемыми в очень малых дозах.

К сожалению, в настоящее время практически отсутствуют исследования по гомеопатическому воздействию на курение, в процессе которого курильщики упот­ребляют ряд токсичных веществ, но в весьма малых дозах. Между тем такие иссле­дования необходимы для нашей страны, в которой курят 80% мужчин и 50% жен­щин (АиФ на Оби, № 21,2001). 3

Задача 6. На одном из предприятий среднего машиностроения произошла авария с выбросом радиоактивных веществ. В результате в городе N установился радиационный фон Х.

Что следует предпринять в этой ситуации? Какую годовую дозу получит население города? Сколько времени в году можно там находиться? На последний вопрос ответить, полагая, что основная доля радиации пришлась на органы группы Y. Исходные данные

1. 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, вызванных радиоактивным загрязнением.

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. 4

4 Нормы радиационной безопасности НРБ-996. Требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии.Раздел№6, пункты 6,1и 6,2.

2. Находим эквивалентную радиационную дозу за год.

600 мкР/ч = 0,0006 Р/ч (по системе СИ)

0,0006 Р/ч *8760 ч = 5256 Р

Полученное значение, выраженное в рентгенах, следует перевести в зиверты Зв.

5256 Р ≈ 46 Зв

Сравнивая по таблице видно, что предельно допустимая эквивалентная доза 30 Зв по III группе органов в год превышена.

3. С помощью пропорции выведем количество месяцев в течении которого можно находиться на месте аварии.

12 – 46

Х – 30

Можно находиться на месте аварии 7,8 месяца в году.

Задача 13. В дачном домике с объемом жилых помещений V топят печь. Кратность воздухообмена в домике K. Перед сном, чтобы печь подольше сохраняла тепло, закрыли вьюшку (то есть металлическую заслонку, регулирующую контакт внутреннего объема печи с уличным воздухом). При этом оставшиеся угольки массой m догорают в условиях недостатка кислорода.

Считая массы угольков и образующегося при их сгорании угарного газа СО одинаковыми, определить, в течение какого минимального времени t угольки должны полностью выгореть при закрытой вьюшке, чтобы люди на даче не находились в опасности? Какие меры безопасности следует предпринимать для уменьшения риска отравления угарным газом?

Исходные данные

Воздухообмен , удовлетворяющий санитарно-гигиени-ческим нормам по i-му загрязнителю для воздуха производственных помещений, находится по формуле:

сгн

Lсо = V* K, 1/ч

сгн 3

Lсо = 140*1,2 = 168 м /ч

Найдем массу угарного газа СО (оксида углерода),поступающего в помещение в единицу времени (GCO)

сгн

GCO = ПДКCO / Lсо

GCO = 20 / 168 = 0,019 кг/ч

Определим, в течение какого минимального времени t угольки должны полностью выгореть при закрытой вьюшке, чтобы люди на даче не находились в опасности.

t = m / GCO

t = 42 / 0,019 = 353 с

Ответ : в течении 353 с минимального времени угольки должны полностью выгореть при закрытой вьюшке.

Отравление угарным газом может возникнуть в непроветриваемых помещениях, поэтому для уменьшения риска отравления следует наглухо не запирать форточки на окнах, т.е. оставлять возможность проникновения в помещение свежего воздуха.

Задача 24. Некоторый пищевой продукт загрязнен радиоактивным веществом с периодом полураспада τ.

Через какое время радиоактивность ослабнет в Х раз?

Исходные данные

Вероятность радиоактивного распада связана с периодом полу-распада τ соотношением

λ = ln2/τ = 0,693/τ.

λ = 0,693 / 10 = 0,0693

а т.к. отношение Ао/А показывает, во сколько раз ослабла радиоактивность за время t.

то, t = ln(Ао /А) / λ

t = 1,0986 / 0,0693 = 15,85

Ответ: радиоактивность ослабнет в 3 раза через 15,85