CC BY
5
УДК 613.161:621.039.58
К ОБОСНОВАНИЮ НОРМ ВОЗДУХООБМЕНА В РАДИАЦИОННЫХ КАМЕРАХ МОЩНЫХ у-УСТАНОВОК
Канд. хим. наук М. Т. Дмитриев Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сыснна АМН СССР, Москва
В последнее время появилось несколько работ, посвященных обоснованию норм воздухообмена в рабочих помещениях с закрытыми радиоизотопными источниками и ускорителями (М. Т. Дмитриев, 1964, 1965; Н. В. Соболь и соавторы, 1964, 1965; Less и Swallow). Поскольку результаты, полученные некоторыми из этих авторов резко отличаются друг от друга, назрела необходимость в обсуждении вопросов, связанных с образованием вредных веществ при облучении воздуха.
В наших прежних исследованиях (1958—1965) было установлено, что при облучении воздуха образуются в первую очередь озон, а также окислы азота (NO, N02, N20, HN03, HN02, N03, N203, N204, N2Os), аммиак, окись углерода, формальдегид, перекись водорода, гидразин, гидроксиламин, углеводороды, циан, синильная кислота и другие компоненты. Образование озона в воздухе под действием у-излучения, описанный впервые нами в 1963 г., оказался равным 3,5 молекулы на 100эв. При этом выход N02 равен 1,4 молекулы на 100 эв, N20 — 0,6 молекулы, а всех остальных продуктов радиолиза воздуха — менее 0,5 молекулы на 100 эв. В связи с тем что ПДК озона составляет 0,0001 мг/л, т. е. в 50 раз ниже ПДК окислов азота, было принято, что допустимые значения поглощенных доз облучения воздуха определяются в основном озоном. Допустимая доза облучения воздуха была принята равной 530 р (1964). Концентрации озона и окислов азота в виде NO, N02 и N20 в миллиграммах на 1 л при этом определяются по выражениям:
С0зона=1.9Ю-7£, (1)
Сокислов= 1, 1 • 10 Е, (2)
где Е — поглощенная доза (в р).
Кратность вентиляции в соответствии с уравнением (1) равна:
Г=6,83/, (3)
где Г — число полных воздухообменов в помещении в течение 1 часа, / — средняя мощность дозы в помещении (в р/сек).
Мощность (вентиляционной установки составляет:
ЛГ=1,9 10-3/У, (4)
где V — объем помещения (в м3).
Если в качестве приближения принять закрытый источник точечным и расположенным в центре помещения, то средняя мощность дозы с учетом рассеянного от стен излучения равна:
/=2,0-10~3 , (5)
У"3
где А — активность источника (в г-экв радия).
Подставляя выражение (5) в формулу (4) и увеличив числовой коэффициент вдвое (поскольку токсические вещества распределяются в радиационной камере резко неравномерно), мы для закрытого у-ис-точника получим:
N=7,7-10 6у4 <6>
Согласно санитарным правилам № 333-60, «при работе с закрытыми источниками предъявляются требования, при использовании источников активностью более 10 г-экв радия, по обеспечению принудительной вентиляции. При использовании закрытых источников необходимо предусматривать вентиляцию по расчету, но не менее, чем с троекратным воздухообменом. При активности источника больше 10 г-экв радия вентиляция должна рассчитываться, исходя из необходимости удаления 1 м3 воздуха в 1 час на каждые 10 г-экв радия активности источника».
Н. В. Соболь и соавторы (1964—1965) пришли к следующему выводу: «Если обратиться к существующим в настоящее время нормам воздухообмена (Правила1), то в случае мощных v-установок они приводят к значительно завышенным расходам воздуха». Эти авторы измеряли также концентрации озона и окислов азота, образующиеся под действием излучения. По их данным, полученным в эксперименте с облучением замкнутого объема воздуха (20 л) и в реальных условиях облучения воздуха камеры, содержание озона оказалось во всех случаях примерно в 30 раз меньше, чем концентрация окислов азота. В связи с этим предложено определять кратность воздухообмена по окислам азота с использованием коэффициента, учитывающего количество и токсичность озона. Необходимый расход воздуха, как отмечают Н. В. Соболь и соавторы, равен (в .пересчете на 1 м3 в секунду):
N=2,78-10~7А^Т. (7) .
Поскольку, как указывают эти авторы, выход окислов азота на 100 эв в пересчете на N2Os составляет 1,06 молекулы, а концентрации озона образуются в 30 раз меньше, чем концентрации окислов азота, мы считаем возможным условно вычислить по данным Н. В. Соболь и соавторов величину, соответствующую эффективному выходу озона. Она составляет 0,08 молекулы на 100 эв как для замкнутого сосуда, так и для открытого воздуха. В пересчете на окислы с одним атомом азота (NO и NO2, которые играют основную роль) полученная для N2O5 величина выхода должна быть удвоена. Таким образом, выход окислов азо)га, по данным названных авторов, равен 2,1 молекулы на 100 эв. Авторы считают, что нормы вентиляции, рекомендуемые Санитарными правилами № 333-60, завышены в 20—37 раз.
Less и Swallow, ссылаясь на наши работы (1957—1959), в своей статье «Оценка опасности, обусловленной продуктами радиолиза воздуха» пишут: «При современных радиоактивных источниках озон и дру- , гие соединения могут достичь токсических уровней. Облучение воздуха приводит к образованию озона и окислов азота. Наши эксперименты показали, что озон является главным, а также наиболее токсичным продуктом. Требования по безопасности при работе с большими изотопами могут поэтому быть достаточно надежно рассчитаны по озону»2.
Авторы предварительно отметили, что максимальная величина энергетического выхода достигает 6 молекул на 100 эв, хотя и указывают, что «необходимо экспериментально установить наиболее точную величину энергетического выхода». Они обнаружили, что «озон образуется в избытке относительно NO2». Выход окислов азота составлял 1,5 молекулы на 100 эв. Авторы также приводят различные примеры. После пересчета на принятую в СССР ПДК озона, равную 0,1 мг/м3, и нерав-
1 Санитарные правила работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений № 333—60, п. 119. М., Атомиздат, 1960, с. 27.
2 Следует отметить, что Less й Swallow провели свои опыты с «снормальным лондонским воздухом». При этом не было обнаружено какой-либо разницы «с другими опытами, в которых воздух был очищен и высушен перед облучением».
номерность распределения продуктов 1 расход воздуха, рассчитанный по данным этих авторов, равен:
10,2-10(8)
Различные характеристики процессов и нормы расхода воздуха приведены в таблице. Некоторые авторы считают, что именно «в случае мощных у-установок» существующие расходы воздуха резко завышены, что заставляет критически сопоставить эти данные. При этом могут быть сделаны следующие замечания.
Концентрации токсических продуктов в радиационных камерах и нормы расхода воздуха по данным различных авторов
М. Т. Дмитриев Н. в. Соболь и соавторы Less и Swallow
Выход озона, молекулы на 100 эв 3,5 0,081 6,0 (3,7)=
Концентрация озона на 1 р (в мг/л) 1,9-Ю-7 4,3-10~9 2,7-Ю-7
Выход окислов азота, молекулы на
100 эв............ 2,0 2,1 1,5 (без N,0)
Концентрация окислов азота на 1 р
(в мг/л)........... 1,1-ю-7 1,3-10—7 1,0-10—7
Отношение выходов озона к окислам 1,75 0,04 1,70
Отношение концентраций озона к
окислам ........... 1,73 0,033 1,77
Предельно допустимые дозы облу- 530
чения воздуха (в р) ...... 14 500 370
Расходы воздуха (в м3/сек) . . . 7,7-10-6Л^\Г 0,28- Ю-^Л^Т io,2-ю—6 АУ\Г
Расход воздуха по Правилам3
(в м3/сек)........... 27,8-10~6 А
1 Эффективный выход вычислен на основании экспериментальных данных, приведенных в работе.
2 В скобках среднее значение выхода по экспериментальным данным авторов.
3 См. сноску выше.
1. Величина выхода озона на 100 эв, .вытекающая из данных Н. В. Соболь и соавторов, представляется исключительно малой.
Следует подчеркнуть, что в экспериментально определяемых величинах энергетических выходов, естественно, отражается и процесс распада озона. Столь малую величину эффективного энергетического выхода озона, полученную Н. В. Соболь с соавторами, нельзя объяснить различием в условиях эксперимента в разных работах. Отношение концентраций озона к окислам азота у этих авторов в опытах, проведенных в сосудах, оказалось таким же, как и в воздухе камеры (даже уменьшилось на 30%). Поэтому авторами получена также очень малая величина выхода и в сосудах. В то же время другие исследователи (КдгсЬег и соавторы и др.) ставя опыты с обычным воздухом помещений, отметили и в сосудах значения выхода озона в пределах 3,5—6 молекулы на 100 эв, т. е. в 44—75 раз выше, чем Н. В. Соболь с соавторами.
2. Очень малая величина отношения концентраций озона к окислам, полученная Н. В. Соболь и соавторами, также не может быть объяснена различием в условиях эксперимента. Выход окислов азота не зависит от присутствия стенок сосуда, а озон разлагается на поверхностях, поэтому с увеличением размеров сосуда или камеры отношение
1 Согласно принятой в СССР санитарной практике, в условиях, когда вредные
примеси распределяются в воздухе помещения неравномерно, нормы воздухообмена
увеличиваются в 2 раза (Г. А. Максимов).
концентраций озона к окислам увеличивается (при этом уменьшается отношение поверхности к объему и соответственно, степень разложения озона). Максимальное значение этого отношения должно иметь место в открытом воздухе, что и подтверждено неоднократно в эксперименте. При переходе от открытой атмосферы к помещениям или баллонам это отношение несколько уменьшается. Тем не менее и в объемах порядка 100 мл оно превышает единицу и остается в 55 раз выше,
чем у Н. В. Соболь и соавторов, которые вообще не обнаружили разницы между этим отношением в объеме и в воздухе помещения.
3. Предельно допустимая доза облучения воздуха, по даным Н. В. Соболь и соавторов, получается в 27,5 раза больше, чем по нашим данным, и в 39 раз больше, чем по данным Less и Swallow. Соответственно, расход воздуха получился у Н. В. Соболь и соавторов в 27,5 раза меньше, чем по нашим данным.
В приводимом у Н. В. Соболь и соавторов примере указывалось, что в действительности требуется воздуха в 20 раз меньше, чем по существующим нормам. Поскольку данные Н. В. Соболь и соавторов по срав-
Объем помещения (в » )
Расход воздуха при А=105 г-экв радия в зависимости от объема помещения.
1Ш ТВ!
нению с результатами других исследователей занижены не менее чем в 27,5 раза, вывод о необходимости снижения расхода воздуха в помещениях мощных у-установок является преждевременным.
4. Существующие нормы расхода воздуха могут быть уточнены на основе учета объема радиационной камеры. Как известно, повышение активности излучателей сопровождалось соответствующим увеличением объема радиационных камер. Из формулы (6) видно, что, по нашим данным, существующие нормы справедливы лишь при У = 47 м3. При 1/>47 м3 расходы воздуха следует увеличить. Троекратный или более высокий воздухообмен обеспечивается при активности, превышающей 107 ^^мг-экв. При У<47 м3 расходы воздуха по существующим нормам несколько выше, чем по формуле (6), однако, как мы установили, для малых камер необходимо использовать следующее выражение, учитывающее отклонение характеристики реальных источников от точечного излучателя:
О)
По данным Н. В. Соболь и соавторов, из формулы (7) видно, что существующие Правила 1 справедливы лишь в отношении объема помещения, равного 1 ООО ООО м3, что соответствует, например, высоте,
1 См. примечание выше.
50 м помещения площадью 142X142 м2. Во всех остальных случаях (помещения меньшего объема) существующие Правила 1 представляются, по этим данным, резко завышенными.
В зависимости от объема помещения на рисунке приведены расходы воздуха при Л = 105 г-экв радия: 1 — по нашим данным [формула (6)], 2 — по данным Н. В. Соболь и соавторов [формула (7)] и 3 — по формуле (9). Пунктирная линия 4 соответствует Правилам2. Как показывает рисунок, зависимость N от V по формулам (6, 9) может быть представлена прямой 5, вполне удовлетворяющей в практическом смысле соотношению:
ЛГ(м3/сек.)=(244+ 1,1- У) 10-М (10)
Объем помещений менее 10 м3 не имеет практического значения.
Выводы
1. Рекомендации некоторых авторов по снижению норм расхода воздуха в радиационных камерах с мощными у-установками по сравнению с Правилами3 являются преждевременными.
2. При объеме помещений до 50 м3 нормы воздухообмена, согласно Правилам4, удовлетворяют ПДК озона (и окислов азота).
3. При объеме помещений свыше 50 м3 нормы расхода воздуха, рассчитанные согласно Правилам5, следует увеличить на 20%, при объеме больше 100 м3 — на 40%, при объеме больше 150 м3 — на 50%, при объеме больше 200 м3 —на 70%, при объеме больше 250 м3 — на 80%, при объеме 300—400 м3 — на 90%, при объеме больше 400 м3 — вдвое. Для помещений объемом от 1 до 200 м3 расход воздуха равен (в м3/сек): (244+1,1 V) 10~7 А.
От редакции
Автор статьи не подтверждает справедливости своих расчетов результатами непосредственного измерения концентраций озона в воздухе радиационных камер и критикует материалы исследования Н. В. Соболь и соавторов на»основании только данных о радиационно-химиче-ском отходе озона без учета количественных характеристик его распада в условиях облучения. Вместе.с тем редакция считает поднятый в статье вопрос заслуживающим внимания.
ЛИТЕРАТУРА
Д м и т р и е в М. Т. Ж. физ. химии, 1958, № 10, с. 2418.— Он же. Атомн. энергия, 1963, № 1, с. 52. — О н же. Там же, 1964, № 3, с. 282. — Он же. Гиг. и сан., 1965, № 4, с. 39.— Он же. Изв. АН СССР. Серия «Физика атмосферы и океана», 1965, т. 1, № 3, с. 302. — Максимов Г. А. В кн.: Отопление и вентиляция. М., 1955, ч. 2, с. 40.— Соболь Н. В., Петушков А. А., Брегер А. X. Атомн. энергия, 1964, № 3, с. 262.— Соболь Н. В., Брегер А. X., Петушков А. А. Гиг. и сан., 1965, № 3, с. 42.—Kircher J. F., М с N u 1 t у J. S„ М с F а г 1 i n g J. L. et al., Radiat. Res., 1960, v. 13, p. 452,—Less L. N., Swallow A. J., Nucleonics, 1964, v. 22, p. 58.
Поступила I4/VI 1965 г.
1 См. примечание выше
2 То же.
3 То же.
4 То же.
5 То же.
6 Гигиена и санитария, № 12
