Anotação
Atualmente, estão sendo criados vários ecossistemas que permitem que as pessoas interajam on-line com o mundo da Internet das coisas (IoT e IIoT) para o benefício da sociedade, levando em consideração os requisitos individuais dos consumidores de modernas tecnologias inovadoras.
O recém-criado “Sistema de aviação para monitoramento dosimétrico pessoal de pessoal de voo e passageiros aéreos” usando modernas tecnologias inovadoras DO-RA
DO-RA.com também pode ser atribuído a esse tipo de ecossistema.
É sabido que ao usar o transporte aéreo quando voamos para diferentes partes do mundo, fazemos viagens em altitudes de 10 a 12 km. sobre a terra. Corredores de vôo 13 km. usado principalmente por voos charter. Durante esses vôos, os passageiros e o pessoal de vôo são expostos à radiação ionizante cósmica. Ao mesmo tempo, nas altitudes de vôo usadas, o nível de radiação ionizante cósmica pode exceder significativamente as normas permitidas, por exemplo, uma dúzia ou mais de vezes. Para voos transatlânticos, as taxas permitidas podem exceder várias dezenas de vezes. Esse efeito no corpo de passageiros que voam frequentemente e no pessoal da aeronave pode ter um efeito adverso.
Nosso artigo permitirá que cada pessoa compreenda os possíveis riscos para si mesma no caso de viagens aéreas frequentes e tome as medidas apropriadas para minimizar os danos à sua própria saúde e à saúde das pessoas próximas a ele que voam em companhias aéreas civis.
1. Introdução e o problema da radiação cósmica
Quando você embarca em um avião, geralmente não pensa no que está em altitudes de 10 a 12 km. - Um corredor de vôo da aviação civil padrão pode incomodá-lo além de uma tempestade ou turbulência.
Sabe-se que, no final do século passado, a aviação civil utilizava corredores mais baixos para vôos em altitudes de 6,0 a 8,0 km acima da superfície da Terra. Mas os requisitos ambientais modernos para o ruído do motor da aeronave e as emissões de escape, bem como a economia de combustível por milha, afastaram os aviadores da Terra, mais perto das estrelas devido à menor resistência do ar durante os vôos e à otimização financeira do transporte aéreo de passageiros.
1.1 Apenas estrelas acima
Frequentemente voando ao redor do mundo e, ao mesmo tempo, experimentando meus próprios desenvolvimentos criados como parte do projeto
DO-RA.ru para monitorar o ambiente em termos de radiação ionizante ou radiação breve, descobri os seguintes recursos de voo.
Assim, no início de um avião em Chambery, na França, o fundo da radiação era de apenas 0,10 μSv / h. A uma altitude de 3.000 m, a radiação de fundo variou de 0,15-0,18 μSv. / H. A uma altitude de 6.000 m, o nível de radiação de fundo estava na faixa de 0,30-0,34 μSv. / H. A uma altitude de 8.800 m, o nível de radiação de fundo já era de 0,72-0,76 μSv. / H. A uma altitude de 10.100 m, o nível de radiação de fundo aumentou para 1,02-1,12 μSv. / H. E, finalmente, na altura máxima de nossa rota, ou seja, a uma altitude de 10.700 m, o fundo de radiação era de 1,22 a 1,35 μSv / h. Ao aterrar em Moscou em Domodedovo, todas as medições da radiação de fundo com razoável precisão foram confirmadas nas mesmas altitudes.
Acontece que os voos diurnos em qualquer direção geográfica, embora sejam convenientes para os seres humanos, mas sujeitam nosso corpo a um aumento da carga de radiação do que os vôos noturnos. Isso ocorre devido ao excesso de radiação cósmica e radiação solar, além de mais ar descarregado e, conseqüentemente, proteção natural menos eficaz contra partículas ionizantes da matéria.
Para não sermos infundados e não cairmos na armadilha de nossos próprios conceitos errôneos, damos exemplos exclusivamente de fontes abertas que nos permitirão abrir nossos olhos para a radiação ionizante que nos cerca e nos ataca durante as viagens aéreas. Como você sabe, uma pessoa é privada dos órgãos sensoriais que podem detectar e identificar a radiação, a fim de tomar possíveis medidas para proteger contra radiação perigosa e reduzir os danos causados ao corpo.
Lembre-se do ditado: "Conhecimento é poder". Mas a ignorância do efeito da radiação ionizante no corpo humano não nos liberta de seus efeitos nocivos!
1.2 Raios cósmicos e radiação solar
É geralmente aceito que a radiação cósmica é uma radiação ionizante que cai continuamente na superfície da Terra a partir do espaço mundial e é formada na atmosfera da Terra como resultado da interação da radiação com átomos de componentes do ar.
Distinguir entre radiação cósmica primária e secundária. A radiação cósmica primária (KI-1) é uma corrente de partículas elementares que caem na superfície da Terra a partir do espaço. Surge devido à erupção e evaporação da matéria da superfície das estrelas e nebulosas no espaço sideral. O KI-1 consiste em prótons (92%), partículas alfa (7%), núcleos de lítio, berílio, boro, carbono, nitrogênio, oxigênio e outros átomos (1%). A radiação cósmica primária (KI-1) é caracterizada por alto poder de penetração.
Além disso, a radiação cósmica é dividida por origem nos seguintes tipos: (i) extragalático, (ii) galáctico e (iii) solar.
A maior parte da radiação cósmica primária surge dentro da nossa galáxia, sua energia é extremamente alta - até 1019 eV. A radiação solar ocorre principalmente durante explosões solares que ocorrem com um ciclo característico de 11 anos. Sua energia não excede 40 MeV. Isso não leva a um aumento perceptível na dose de radiação na superfície da Terra.
A energia média dos raios cósmicos é 1010 eV, portanto eles são prejudiciais a todos os seres vivos. A atmosfera serve como uma espécie de escudo que protege objetos biológicos dos efeitos das partículas cósmicas, e apenas algumas partículas chegam à superfície da Terra.
Quando as partículas cósmicas interagem com os átomos dos elementos na atmosfera, ocorre radiação cósmica secundária (KI-2). Consiste em mésons, elétrons, pósitrons, prótons, nêutrons, raios gama, ou seja, de quase todas as partículas atualmente conhecidas.
Os raios cósmicos primários, estourando na atmosfera, perdem gradualmente sua energia, desperdiçando-a em numerosas colisões com os núcleos dos átomos de ar. Os fragmentos resultantes, adquirindo parte da energia da partícula primária, tornam-se fatores de ionização, destroem e ionizam outros átomos de gases do ar, isto é, se transformar em partículas de radiação cósmica secundária (KI-2).
O KI-2 surge como resultado de interações elétron-fóton e elétron-nuclear. No processo elétron-fóton, uma partícula carregada interage com o campo do núcleo de um átomo, produzindo fótons que formam pares de elétrons e pósitrons. Essas partículas, por sua vez, causam o aparecimento de novos fótons. O processo elétron-nuclear é devido à interação de partículas primárias, cuja energia não é inferior a 3x109 eV, com os núcleos de átomos no ar. Nesta interação, um número de novas partículas surge - mésons, prótons, nêutrons. A radiação cósmica secundária tem um máximo a uma altitude de 20 a 30 km; em uma altitude mais baixa, os processos de absorção da radiação secundária prevalecem sobre os processos de sua formação.
A intensidade da radiação cósmica depende da latitude e altitude geográfica. Como os raios cósmicos são principalmente partículas carregadas, eles se desviam em um campo magnético na região acima do equador e se acumulam na forma de funis nas regiões dos pólos. Nas regiões circumpolares da superfície da Terra, partículas com energia relativamente baixa (não é necessário superar um campo magnético) também atingem a intensidade da radiação cósmica nos polos devido a esses raios. Na região equatorial da superfície, apenas as partículas que possuem energias máximas que podem superar o efeito de deflexão do campo magnético atingem.
A taxa média de dose de radiação cósmica dos habitantes da Terra é de aproximadamente 0,3 mSv / ano e, no nível de Londres-Moscou-Nova York, atinge 0,5 mSv / ano.
1.3 Unidades de medida de radiação ionizante
Dose equivalente (duas unidades):
Baer é o equivalente biológico de raios-x (em alguns livros, feliz). Esta é uma unidade fora do sistema para medir a dose equivalente. No caso geral:
1 rem = 1 rad * K = 100 erg / g * K = 0,01 Gy * K = 0,01 J / kg * K = 0,01 Sievert
Com um fator de qualidade de radiação de K = 1, ou seja, para raios-x, gama, radiação beta, elétrons e pósitrons, 1 rem corresponde a uma dose absorvida de 1 rad.
1 rem = 1 rad = 100 erg / g = 0,01 Gy = 0,01 J / kg = 0,01 Sievert
De nota particular é o seguinte fato. Na década de 1950, verificou-se que se, em uma dose de exposição de 1 raio-x, o ar absorve 83,8-88,0 erg / g (o equivalente físico do raio-X), o tecido biológico absorve 93-95 erg / g (equivalente biológico do raio-X) . Portanto, verifica-se que, ao avaliar as doses, pode-se considerar (com um erro mínimo) que a dose de exposição de 1 raio-x para tecido biológico corresponde a (equivalente a) a dose absorvida de 1 rad e a dose equivalente de 1 rem (em K = 1), ou seja, aproximadamente dizendo que 1 P, 1 rad e 1 rem são a mesma coisa.
Sievert (Sv) é uma unidade de doses equivalentes e efetivas equivalentes no sistema SI. 1 Sv é igual à dose equivalente na qual o produto da dose absorvida em Gray (no tecido biológico) e o coeficiente K será igual a 1 J / kg. Em outras palavras, essa é uma dose absorvida na qual 1 kg de energia é liberado em 1 kg de substância.
No caso geral: 1 Sv = 1 Gy. K = 1 J / kg. K = 100 rad. K = 100 rem
Em K = 1 (para raio-x, gama, radiação beta, elétrons e pósitrons), 1 Sv corresponde a uma dose absorvida de 1 Gy: 1 Sv = 1 Gy = 1 Gy = 1 J / kg = 100 rad = 100 rem.
A medida do efeito de estudos ionizantes no corpo humano é considerada DER - a taxa de dose equivalente. O equivalente à dose ambiente H * (d) é a dose equivalente criada no fantasma esférico do ICPE (Comissão Internacional de Unidades de Radiação) a uma profundidade d (mm) da superfície em diâmetro paralelo à direção da radiação, em um campo de radiação idêntico ao considerado na composição, fluência e distribuição de energia, mas unidirecional e homogênea, ou seja, a dose ambiente equivalente a H * (d) é a dose que uma pessoa receberia se estivesse em ... Cinza / segundo (Gy / s). 1rad / s = 0,01 Gy / s. Dose equivalente de potência. Rem / segundo (rem / s). Sievert / segundo (Sv / s).
Concluindo, lembramos mais uma vez que, para raios-x, gama, radiação beta, elétrons e pósitrons, os valores de raios-x, rad e rem e (separadamente) os valores de Gray e Sievert são equivalentes na avaliação da exposição humana.
1.4 Normas de segurança contra radiação - NRB-99/2009
Concluindo a excursão à física do processo, gostaria de observar o seguinte: graças ao efeito ativo da radiação ionizante em uma pessoa e em seu sistema corporal, foram introduzidos na aviação padrões especiais de radiação para o pessoal de vôo. Esses padrões limitam os vôos do pessoal da aviação a uma taxa não superior a 80 horas de voo por mês, não superior a 240 horas de voo por trimestre e não mais de 800 horas de vôo por ano e por pessoa.
Esses parâmetros de tempo de voo são retirados da Ordem do Ministério dos Transportes da Federação Russa nº 139, datada de 21 de novembro de 2015, levando em consideração o Regulamento da ICAO “Normas internacionais e práticas recomendadas”, seção 7.6: “O voo e o tempo de voo oficial dos membros da tripulação são determinados pelas normas das agências de aviação estaduais dos países. Membros da ICAO ". No entanto, essa contabilidade horária das horas de vôo é atualmente um sistema de controle bastante arcaico e cruel para o pessoal de vôo, e aqui está o porquê.
Uma coisa é voar paralelo ao equador nos continentes mais populosos da Europa ou da Ásia e outra coisa é voar pelos polos. E ainda mais, é problemático para a saúde voar durante um período de tempestades solares. Em tais momentos durante os vôos, o poder da dose equivalente para o pessoal do voo pode diferir seriamente e não coincidir com as tocas reais das horas médias de voo.
Durante a existência da ciência da radiologia que estuda o efeito da radiação ionizante no corpo humano e animal, estatísticas confiáveis a longo prazo sobre os efeitos da radiação, expressas nos riscos de doenças de certos órgãos da pessoa. Os dados de risco de doença são retirados do documento oficial NRB 99/2009 e são apresentados na tabela abaixo para maior clareza:
Fatores de risco de radiação para doenças de órgãos humanos
Proporção de órgãos humanos
Gônadas (gônadas) 0,2
Medula óssea vermelha 0,12
Intestino grosso 0,12
Estômago 0.12
Light 0.12
Bexiga 0,05
Fígado 0,05
Esôfago 0,05
Tireóide 0,05
Couro 0,01
Células ósseas 0,01
Cérebro 0,025
O restante do tecido 0,05
O corpo como um todo 1
1.5 Estatísticas da aviação civil ...
As estatísticas da aviação civil internacional fornecem os seguintes indicadores. Em 2016, 3,7 bilhões de passageiros foram transportados pela aviação mundial, enquanto todas as companhias aéreas do mundo completaram 10 bilhões de horas de voo (dados da ICAO e ATOR). Existem previsões de crescimento de voos civis em 4,6% ao ano até 2034 (dados da UAC). Embora no mesmo ano de 2016, o transporte aéreo de pessoas tenha aumentado 6% (dados da OACI e ATOR).
Em 2017, um número recorde de passageiros foi transportado em vôos regulares em todo o mundo - mais de 4 bilhões de pessoas, 7% a mais do que em 2016, quando também foi observado um crescimento significativo em comparação ao período anterior.
Ao mesmo tempo, de acordo com as estatísticas da OACI, existem mais de 70 milhões de pessoas que frequentemente voam passageiros aéreos com +30 voos por ano. Nesse sentido, pode-se argumentar com segurança que o potencial de mercado de equipamentos dosimétricos para monitoramento pessoal de radiação para passageiros que voam com frequência e membros da tripulação é grande o suficiente e resistente a um crescimento estável e estável.
1.6 Influência da radiação cósmica no pessoal de vôo
Os pesquisadores descobriram que mulheres e homens nas tripulações de aviões americanos têm taxas mais altas para vários tipos de câncer, em comparação com os passageiros aéreos convencionais. Primeiro de tudo, é o câncer de mama, colo do útero, pele, glândula tireóide e útero, bem como o câncer do sistema gastrointestinal, que inclui câncer de cólon, estômago, esôfago, fígado e pâncreas.
Uma possível explicação para o aumento das taxas de câncer é que o pessoal de vôo está exposto a muitos agentes cancerígenos ou patógenos conhecidos e potenciais em seu ambiente de trabalho, diz Irina Mordukhovich, principal autora do estudo, pesquisadora da Escola de Saúde Pública TH Chan da Universidade de Harvard.
E um desses agentes cancerígenos é a radiação ionizante cósmica, que é muito maior em grandes altitudes do que na superfície da Terra. Este tipo de radiação é especialmente prejudicial ao DNA e é uma causa conhecida de câncer de mama e não melanoma da pele.
Tripulações de aviões recebem a maior dose anual de radiação ionizante no trabalho de todos os trabalhadores americanos, diz ela.
Sua pesquisa examinou dados de mais de 5.300 comissários de bordo de várias companhias aéreas que concluíram uma pesquisa on-line como parte da pesquisa de saúde dos comissários de bordo de Harvard. A pesquisa analisou as taxas de incidência de câncer desses comissários de bordo em comparação com um grupo de aproximadamente 2.700 pessoas que tinham renda e status educacional semelhantes, mas não eram comissários de bordo.
Os pesquisadores descobriram que as aeromoças tiveram taxas de câncer de mama 50% mais altas do que as mulheres na população em geral. Além disso, as pontuações de melanoma foram duas vezes mais altas e as pontuações de não-melanoma de câncer de pele foram cerca de quatro vezes mais altas em comissárias de bordo do que em mulheres na população em geral. (O câncer de pele de Nemelanoma inclui carcinoma basocelular e de células escamosas.)
Foram observadas taxas aumentadas de incidência de câncer, apesar dos sinais de boa saúde, como baixo tabagismo e obesidade, no grupo de comissárias de bordo como um todo, observam os autores do estudo.
As taxas de incidência de câncer para comissários de bordo do sexo masculino foram quase 50% maiores para melanoma e cerca de 10% maiores para câncer de pele não melanoma em comparação aos homens da população em geral, segundo os pesquisadores.
1.7 Tecnologia DO-RA:
Dosímetro-radiômetro pessoal para a tripulação de voo:
• Detectores de radiação de estado sólido com matriz com estrutura de diodo PIN
• Leia eletrônica sobre componentes discretos ou com base em chip - ASIC
• O dispositivo possui um protocolo de dados sem fio
• Família de programas de usuário para os principais sistemas operacionais
• Criação de documentação de projeto no formato internacional do IPC
• Todos os dispositivos são combinados em um único sistema com base em uma solução de servidor
Características técnicas do dispositivo DO-RA.Avia:
Dimensões (LxPxA), mm: 29,1 x 7 x 62.
Modo de operação de temperatura: de 0 a + 55º.
Tipo de sensor: Detector de estado sólido - DoRaSi.
A faixa de radiação gama e beta detectável: de 25 keV a 10 meV.
Intensidade de emissão detectada: determinada.
Erro máximo: 10% com exposição - 60 s.
Interface de dados: Bluetooth de baixa energia (BLE)
Sistemas operacionais móveis suportados: Apple - iOS da ver. 7.0, Google - Android, da versão ver. 4.1 e outros; e SO: Windows, Linux, Mac OS.
Solução de servidor DO-RA:
• Um protótipo do componente servidor do complexo de software para dispositivos DO-RA.Avia foi criado;• Manter registros dos usuários do sistema;• Manutenção de um protocolo de operação do sistema (auto-monitoramento);• Realizar auto-diagnóstico, incluindo o monitoramento do volume de dados armazenados, o tempo e as características de carga dos componentes do sistema, o número de solicitações processadas, o número de solicitações erradas, etc.;• Obtenção de dados de dispositivos móveis registrados com coordenadas geográficas, alturas e tempo de medição realizados;• Armazenamento de longo prazo dos resultados das medições;• Atualização da apresentação cartográfica dos dados de monitoramento;• Fornecer dados do sistema de monitoramento de forma cartográfica;• Fornecer API REST a sistemas de informações externos para acesso ao sistema de coleta e armazenamento de dados, sistema de processamento de dados;1.8 Proteção de patente da tecnologia DO-RA- Mais de 89 patentes para invenções e modelos de utilidade, certificados para códigos de programas, incluindo: Rússia, EurAsEC, EUA, Japão, Coréia, China, Índia, União Européia- patentes russas: RU No. 109625; 124101; 116.296; 116725; 117.226; 2484554; 133943; 136.194; 140.489; 88973; 156901; 156906; 156907; 145480; 2545502; 1.59972; 125008; 126484; 2.575.939; 167308- Patentes estrangeiras: No. 025350; 74.126; 14797; US 9547089 B2; US 8738077 B2; Coreano: 20-0479248; CN 2033537453 U; JP 3189486Autores do artigo:1 Vladimir Yelin, autor de correspondência, CEO e fundador da Intersoft Eurasia PJSC, gerente de projetos e desenvolvedor do DO-RA, Ph.D., residente do Skolkovo Technopark, Moscou, Rússia, elin@intersofteurasia.ru.2 Olga Sharts, gene. veado e fundador da California Innovations Corp., San Diego, Califórnia, MSc em Química e Espectroscopia olgasharts@gmail.com.3Merkin Mikhail, Doutor em Física-Matemática. Sci., Chefe do Laboratório de Detectores de Silício no Departamento de Física Experimental de Alta Energia, Instituto de Pesquisa D.V. Skobeltsyn de Física Nuclear M.V. Universidade Estadual de Moscou Universidade Estadual de Lomonosov Moscou, Moscou, Michael.Merkin@gmail.com.Fontes de informação e literatura:1. Portal corporativo da Intersoft Eurasia.2. Portal de informações da Internet "Who. Guru".3. Os padrões de segurança contra radiação da Federação Russa - NRB-99/2009.4. O sistema internacional de unidades, SI.5. Dosimetria durante viagens aéreas, 2014M.A. Morozova, V.B. Lapshin, S.V. Dorensky, A.V. Syroeshkin6. Medições globais de dose em tempo real usando o sistema de Medições Automáticas de Radiação para Segurança Aeroespacial (ARMAS), 2016.7. Environmental Health Journal, 2018.