Безпека життєдіяльності. Розділ III. Захист об'єктів друку в надзвичайних ситуаціях:
•
9.7. Оцінка фізичної стійкості об'єкта (системи) при дії проникаючої радіації і радіоактивного зараження
Характер впливу проникаючої радіації і радіоактивного зараження на елементи об'єкта. Проникаюча радіація являє собою потік γ-променів і нейтронів, що випускаються із зони ядерного вибуху. Радіоактивні продукти вибуху, що випали в районі вибуху і по сліду руху хмари вибуху, викликають радіоактивне зараження місцевості і різних об'єктів. Випали радіонукліди є випромінювачами α- і β-частинок і γ-променів.
Параметри проникаючої радіації ядерного вибуху, виробленого в атмосфері, можна розрахувати за формулами П.9, П. 10, п.11 в додатку 2 .
Радіоактивне зараження місцевості залежить від кількості радіоактивних продуктів, що утворюються при ядерному вибуху, і метеоумов в районі вибуху.
Якщо відома залежність рівня радіації (проникаючої радіації) від відстані до вибуху з певним тротиловим еквівалентом (відповідно додаток 13 і 6 ), То, використовуючи форму П. 5, П. 5а (закон подібності) додатка 2 , Можна визначити зараженість місцевості (величину проникаючої радіації) і для вибухів з іншим тротиловим еквівалентом (для однакових метеоумов).
Про оцінку рівнів радіації при ядерному вибуху дивіться в додатках 2 , 13 , 14 , 15 і 16 .
Зміна рівня радіації на місцевості в часі підпорядковується наступному закону:
(9.5)
де P 0 - рівень радіації в певний момент t 0 після вибуху; P t - рівень радіації в момент часу t.
Сумарна доза, одержувана за час перебування на зараженому ділянці відкритій місцевості, визначається за формулою
(9.6)
Максимально можлива доза опромінення
(9.7)
де P 1 - рівень радіації в момент t 1 (початок опромінення); P 2 - рівень радіації в момент t 2 (кінець опромінення).
Фізична стійкість об'єкта при дії проникаючої радіації і радіоактивного зараження буде визначатися стійкістю матеріалів, систем і приладів, які використовуються у виробництві. Проникаюча радіація і радіоактивне зараження (іонізуючі випромінювання) можуть приводити до зміни властивостей матеріалів, які використовуються, зокрема, в радіоелектронних системах, привести до збоїв в роботі цих систем і навіть відмов у роботі. Особливо схильні до впливу іонізуючих випромінювань напівпровідникові, газорозрядні, вакуумні прилади, деякі конденсатори і резистори, органічні матеріали. З неорганічних матеріалів - скло, яке під дією випромінювань може істотно збільшити оптичну щільність.
Порядок оцінки стійкості роботи об'єкта при дії проникаючої радіації. Показником стійкості роботи радіоелектронної апаратури при дії проникаючої радіації і радіоактивного зараження є максимальні значення дози, потужності дози γ-випромінювання або потоку нейтронів, які не призводять до збою в роботі або виходу з ладу даної апаратури.
Послідовність оцінки стійкості роботи радіоелектронної апаратури при дії проникаючої радіації і радіоактивного зараження звичайна, при цьому ступінь впливу радіації на різні елементи визначається за довідковими даними, наведеними в додатку 21 .
Підвищення фізичної стійкості систем (приладів) до впливу проникаючої радіації ядерного вибуху. Ефективним методом підвищення стійкості радіоелектронних систем (приладів) в умовах впливу іонізуючих випромінювань є їх радіаційний захист. Вона може бути забезпечена або застосуванням спеціально створеної екранування з матеріалів, що поглинають випромінювання, або таким розміщенням конструкційних елементів і вузлів, що входять до складу апаратури, при якому найбільш радіаційно стійкі і масивні з них захищають інші конструкційні вузли, більшою мірою схильні до впливу радіації.
Малогабаритна захист від γ-нейтронного випромінювання (екрани) повинна включати в себе важкі хімічні елементи, такі, як свинець, залізо, що володіють великим коефіцієнтом поглинання γ-випромінювання, і легкі - бор, водень, літій, добре уповільнюють нейтрони.
Найбільш економічно розміщення захисту в безпосередній близькості від об'єкта, що захищається, що дозволяє різко знизити розміри захисту, а отже, її масу і вартість.
Наближено радіаційний захист можна розрахувати по верствам половинного ослаблення γ-випромінювання або потоку нейтронів.
Кратність ослаблення K сл одношарової захистом товщі (у скільки разів послаблюється іонізуюче випромінювання) можна визначити за формулою
(9.8)
де d підлогу - шар половинного ослаблення; h - товщина захисного шару.
Знаючи необхідну кратність ослаблення, з рівняння (9.8) можна визначити товщину захисного шару h за формулою
(9.8а)
При багатошаровому захисту кратність ослаблення буде дорівнює добутку кратності ослаблення шарів (i = 1, ..., i = n):
(9.9)
Дані по верствам половинного ослаблення γ-випромінювання і потоку нейтронів, а також щільності матеріалів, наведені в додатку 23 .
Порядок визначення коефіцієнта ослаблення (захисту) K ОСЛ (K захисту) або необхідної товщини екрану наведено в лекції 6 «Захисні споруди ГО» 
.
Підвищення стійкості роботи приладів (електронних систем) в умовах впливу проникаючої радіації також може бути забезпечено:
зберіганням унікальних, цінних переносних приладів в спорудах, що характеризуються великими коефіцієнтами ослаблення;
вимиканням по можливості чутливих електронних приладів за сигналом «Повітряна тривога».
•
9.8. Оцінка фізичної стійкості об'єктів (приладів) при впливі ЕМВ
ЕМІ наводить в провідниках електрорушійні сили, які викликають в електричних ланцюгах поява напруг і струмів.
Ці напруги і струми надають заважає, на роботу електричної та радіоелектронної апаратури, спотворюють результати її функціонування, викликають тимчасові збої в роботі, помилкові сигнали в різних ланцюгах, а й виводять найбільш вразливі елементи апаратури з ладу.
Особливістю ЕМІ є здатність поширюватися на десятки і сотні кілометрів в навколишньому середовищі і по різним комунікацій (мереж електро- і водопостачання, дротового зв'язку і т.п.). Тому ЕМІ може вплинути там, де інші вражаючі фактори вже не діють. (Про ЕМІ см. лекцію 2 ).
Ступінь пошкодження залежить в основному від амплітуди наведеної напруги або струму і електричної міцності апаратури.
Напруги, що наводяться в лініях, струмопровідних елементах електросистем, можна наближено визначити за такими формулами:
в вертикальних провідниках
(9.10)
в горизонтальних провідниках
(9.11)
де E в E г - вертикальна і горизонтальна складова напруженості електричного поля відповідно; L - довжина провідника; Е - коефіцієнт екранування провідника.
Максимальні значення напруженостей електричних полів, В / м, що виникають при наземних ядерних вибухах, можна визначити за такими формулами:
вертикальна складова
(9.12)
горизонтальна складова
(9.13)
де R - відстань від центру вибуху, км; q - потужність вибуху, кт.
Як видно з формул 9.12 і 9.13 основну небезпеку при наземних ядерних вибухах представляє вертикальна складова напруженості електричного поля, яка перевершує горизонтальну в сотні разів. Дія горизонтальної складової слід враховувати лише при розгляді систем, що мають протяжні комунікаційні лінії.
Дані по електричної міцності апаратури наводяться в технічній документації в спеціальних таблицях (див. додаток 22 ).
Порядок оцінки стійкості роботи приладів (систем) при впливі ЕМВ (блискавок). Параметрами, котрі характеризують стійкість роботи електрорадіосістем, які наводяться в технічній документації і спеціальних таблицях, є мінімальні значення напруг і струмів, що впливають на систему, або мінімальні значення енергії, що виділяється в елементах системи при дії електромагнітного поля, які призводять до виходу цих систем з ладу або виникненню збоїв в їх роботі.
Як показник стійкості роботи електрорадіосістем при впливі ЕМВ приймається максимальне значення енергії, поглиненої функціональними елементами системи, при якій не відбувається порушення функціонування систем.
При оцінці стійкості роботи систем висновок про потенційну небезпеку впливу ЕМІ на систему може бути зроблений з зіставлення кількості поглиненої енергії ЕМІ окремими елементами системи з мінімальним її кількістю, достатньою для появи функціональних пошкоджень цих елементів системи. Збій в роботі системи зазвичай відбувається, якщо поглинена енергія на два порядки менше, ніж необхідно для виведення елементів з ладу.
Послідовність оцінки стійкості роботи радіоелектронної апаратури при впливі ЕМВ звичайна.
При цьому значення мінімальної поглиненої енергії R 1, що викликають фукнціонального пошкодження елементів, визначаються по з додатком 22 з урахуванням поправочного коефіцієнта Kп.
Поглинена в елементах енергія пропорційна квадрату лінійного розміру елемента. Тому приймемо, що поправочний коефіцієнт Kп слід визначати із співвідношення
(9.14)
де l е - найбільший лінійний розмір елемента; l п - розмір неекранованого лінійного провідника, пов'язаного з елементом.
У тому випадку, коли елемент захищений суцільним металевим екраном, коефіцієнт K п слід приймати рівним 1 / Е 2, де Е - коефіцієнт екранування елемента.
Поріг стійкості функціонального елемента (R 1) в досліджуваній схемі слід визначати за формулою
(9.15)
Підвищення фізичної стійкості систем (приладів) при впливі ЕМВ ядерного вибуху. Основними методами підвищення стійкості електронних схем до впливу ЕМІ є:
вибір найбільш стійких до впливу ЕМІ функціональних елементів електронних систем при проектуванні;
раціональне просторове розміщення вузлів і схем системи, при якому наводяться від ЕМІ ЕРС в схемі будуть мінімальними;
створення стійких до дії ЕМІ електронних схем (сімметрірованние схеми, мінімальна кількість в схемах приймачів ЕМІ та ін.);
зміна порядку функціонування системи з подачею сигналу «ВТ» (тимчасове відключення системи за сигналом «ВТ», застосування резервування і ін.);
застосування заходів спеціального захисту.
До заходів спеціального захисту слід віднести застосування в схемах фільтрів, трансформаторів, дроселів, розрядників, обмежувачів, роз'єднувачів у вхідних ланцюгах схем, а також заземлення та екранів. Найбільш відчутне послаблення впливу ЕМІ на електронні системи і їх елементи можна отримати, застосовуючи електромагнітні екрани. У переважній більшості випадків електромагнітні екрани на захищаються елементи робляться з тонкого листового металу (міді, алюмінію, сталі) у вигляді чохлів різної геометричної форми.
Кратність ослаблення поля ЕМІ екраном Е (ефективність екрану) наближено можна визначити за формулами
(9.16)
(9.17)
де h - товщина стінок екрану, м; ω = 2πf - кутова частота; δ - еквівалентна глибина проникнення, м; (В шарі металу товщиною δ напруженість поля послаблюється в е раз, т. Е. В 2,72 рази); 
, Тут А - функція матеріалу екрану, м * Гц1 / 2; f - частота, Гц; m - коефіцієнт форми екрану (для сфери m = 3, циліндра - m = 2, паралелепіпеда - m = 1); μ = μ0μr - магнітна проникність; μ0 = 1, 256 * 10-6 Гн * м-1 - магнітна постійна; μr - відносна магнітна проникність матеріалу екрану; σ - питома провідність матеріалу екрану, См / м; D - розмір екрану (діаметр сфери або циліндра, ширина паралелепіпеда), м (значення А, μr, σ- визначаються по табл. 9.8).
Таблиця 9.8
Електрофізичні параметри деяких металів
Питомапровідність, σ См / м 57 * 106 16,6 * 106 33 * 106 10 * 106 1,54 * 106 Відносна магнітна проникність μr 1 1 1 100 200 12 000 Коефіцієнт матеріалу А, м * Гц 1/2 6,7 * 10-2 12,4 * 10-2 8,8 * 10-2 1,59 * 10-2 1,1 * 10-2 0,37 * 10-2
Відповідним вибором матеріалу екрану і товщини його стінок можна отримати як завгодно велику кратність ослаблення, однак наявність в екрані отворів і щілин може погіршити його екранує,.
Проведені дослідження проникнення електромагнітного поля через отвори дозволяють зробити наступні висновки і, отже, виробити рекомендації при конструюванні екранів:
кругле і квадратний отвір однієї і тієї ж площі пропускають електромагнітне поле практично однаково;
через вузьку щілину поле проникає слабкіше, ніж через квадратний отвір тієї ж площі;
заміна одного великого отвору N малими з тією ж площею веде до ослаблення електромагнітного поля ЕМІ в
раз; проникнення поля через отвір може бути істотно ослаблене насадкою на отвір патрубка довжиною l.
В останньому випадку коефіцієнт ослаблення поля за рахунок патрубка довжиною l можна наближено розрахувати за формулою
(9.18)
де а - коефіцієнт, що залежить від характеру поля, форми і розмірів отвору ().