آرگون مایع، ایمنی و ریسک‌های آن در فضای بسته

ایمنی و ریسک‌های جدید ناشی از نشتی آرگون مایع در فضاهای بسته

آرگون مایع (Liquid Argon – LAr) یکی از گازهای نجیب پرکاربرد در صنایع مدرن، تحقیقات علمی، به ویژه در فیزیک ذرات و آشکارسازهای بزرگ، و همچنین در فرآیندهای جوشکاری و ساخت نیمه‌هادی‌ها است. آرگون به دلیل ماهیت خنثی خود، عنصری غیرواکنشی و به ظاهر بی‌خطر تلقی می‌شود. با این حال، کار با آرگون در فاز مایع و در شرایط برودتی (کریوژنیک)، به‌ویژه در محیط‌های محصور و فضاهای بسته، مجموعه‌ای از ریسک‌های ایمنی منحصر به فرد و جدی را به همراه دارد که نیازمند درک عمیق و تدابیر پیشگیرانه سختگیرانه هستند.

خواص فیزیکی و شیمیایی آرگون: منشأ خطر

آرگون مایع در دمای بسیار پایین حدود ۸۷.۳ کلوین (۱۸۵.۸- درجه سانتی‌گراد) نگهداری می‌شود. این ویژگی برودتی، اولین منبع خطر را ایجاد می‌کند: هرگونه تماس پوستی با آرگون مایع یا تجهیزاتی که در دمای آن قرار دارند، می‌تواند منجر به سوختگی‌های شدید و عمیق کریوژنیک شود.

اما مهم‌ترین و کشنده‌ترین خطر آرگون مایع، در مرحله تبخیر آن نهفته است. آرگون در فاز گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است؛ بنابراین، نشت آن کاملاً غیرقابل تشخیص باقی می‌ماند. هنگامی که آرگون مایع تبخیر می‌شود، نسبت انبساط حجمی آن فوق‌العاده بالاست: تقریباً ۱ واحد حجم آرگون مایع به ۸۴۰ واحد حجم گاز در دمای استاندارد محیط تبدیل می‌شود.

این انبساط عظیم، هنگامی که در یک فضای بسته یا محصور اتفاق می‌افتد، به سرعت فاجعه‌بار می‌شود. حجم زیادی از گاز آرگون سنگین‌تر از هوا (وزن مولکولی ۴۰ در مقابل ۲۹ برای هوا) تولید می‌شود و مانند یک سیال، در سطوح پایین فضا انباشته می‌شود.

ریسک‌های اصلی در فضاهای بسته: خفگی و جابجایی اکسیژن

ریسک محوری در نشت آرگون مایع، خفگی (Asphyxiation) است. آرگون یک گاز خنثی ساده (Simple Asphyxiant) است و به طور مستقیم با بدن واکنش نمی‌دهد یا سمی نیست. خطر آن صرفاً از طریق جابجایی اکسیژن (Oxygen Displacement) است.

در یک فضای بسته، حتی نشت‌های کوچک آرگون مایع می‌توانند به سرعت غلظت اکسیژن محیط را به زیر سطح ایمن (۱۹.۵٪) برسانند و در صورت ادامه، آن را به سطوح کشنده (زیر ۱۶٪) کاهش دهند. از آنجایی که آرگون بی‌بو است و فرد هیچ حس اولیه برای تشخیص خطر ندارد، این فرایند به طور خاموش و بدون هشدار رخ می‌دهد.

در فضاهای محدود با تهویه ضعیف، آرگون به دلیل وزن سنگین‌تر خود، از کف شروع به انباشته شدن می‌کند و به سرعت ارتفاع سطح اکسیژن قابل تنفس را کاهش می‌دهد. فردی که وارد چنین محیطی می‌شود، در عرض چند دقیقه یا حتی چند ثانیه بسته به شدت کاهش اکسیژن، دچار سرگیجه، اختلال در قضاوت، از دست دادن هوشیاری و در نهایت مرگ می‌شود.

ریسک‌های جدید و چالش‌های نوین ایمنی

در سال‌های اخیر، با افزایش حجم مخازن آرگون مایع در سایت‌های تحقیقاتی بزرگ (مانند پروژه‌های فیزیک ذرات یا مراکز بزرگ ذخیره‌سازی داده)، ریسک‌های جدیدی در طراحی ایمنی خود را نشان داده‌اند:

۱. چالش در طراحی سیستم‌های تهویه:

برای فضاهای نگهداری کریوژنیک، تهویه باید فراتر از نرخ‌های استاندارد تهویه اتاق‌های معمولی باشد. طراحی سیستم باید به گونه‌ای باشد که بتواند در صورت نشت، حجم عظیمی از گاز آرگون را با نرخ ۸۴۰ برابری تبخیر، با سرعت کافی از مناطق پایین اتاق خارج کند. سیستم‌های تهویه قدیمی که فقط بر اساس تبادل هوا در سطوح بالاتر کار می‌کنند، در برابر آرگون سنگین که در کف انباشته می‌شود، ناکارآمد هستند.

۲. عدم کارآیی حسگرهای اکسیژن استاندارد:

یکی از چالش‌های فنی، عملکرد حسگرهای اکسیژن (O2 Monitors) است. حسگرهای استاندارد برای کار در دمای محیط طراحی شده‌اند. در صورت نشت شدید آرگون مایع، دمای محیط به شدت کاهش می‌یابد. این کاهش دما می‌تواند باعث یخ‌زدگی و خطای سنسورهای اکسیژن شود، که منجر به نمایش کاذب سطح ایمن اکسیژن (False Safe Reading) می‌گردد، در حالی که غلظت آرگون کشنده است. استفاده از سنسورهای مجهز به سیستم‌های گرمایشی یا سنسورهای جایگزین مقاوم در برابر سرما یک ضرورت جدید است.

۳. اثرات ثانویه برودتی بر ساختار:

نشت آرگون مایع می‌تواند باعث خنک شدن سریع و بیش از حد سازه‌های فلزی، بتنی و پلاستیکی اطراف شود. این امر می‌تواند منجر به شکنندگی (Embrittlement) مواد، ترک‌خوردگی لوله‌ها، و حتی شکستگی اتصالات سازه‌ای گردد که به نوبه خود، نشت را تشدید می‌کند و باعث خرابی آبشاری (Cascade Failure) سیستم می‌شود.

۴. ریسک افزایش فشار داخلی:

در برخی فضاهای بسته کوچک‌تر، تبخیر سریع آرگون می‌تواند علاوه بر کاهش اکسیژن، باعث افزایش سریع فشار داخلی (Overpressure) شود. اگر سیستم تهویه و تخلیه اضطراری فشار به درستی طراحی نشده باشد، این افزایش فشار می‌تواند به ترکیدن شیشه‌ها، یا آسیب به دیوارهای سبک منجر شود.

خطرات گاز آرگون

تدابیر ایمنی و پروتکل‌های پیشگیری

مدیریت ایمنی آرگون مایع نیازمند یک رویکرد چندلایه است:

الف) کنترل مهندسی:

تهویه اختصاصی: نصب سیستم‌های تهویه مکانیکی با نرخ جریان بالا (Force Ventilation) و ورودی‌های خروجی در نزدیک کف، جایی که آرگون جمع می‌شود.

پایش دوگانه: استفاده از سیستم‌های پایش اکسیژن که دارای سنسورهای متعدد در ارتفاعات مختلف (به ویژه نزدیک کف) هستند و مجهز به سیستم‌های ضد انجماد می‌باشند. این سیستم‌ها باید مستقیماً با آلارم‌های دیداری و شنیداری با صدای بلند و چراغ‌های چشمک‌زن متصل باشند و در صورت کاهش اکسیژن، تهویه اضطراری را به طور خودکار فعال کنند.

ب) تجهیزات حفاظت فردی (PPE):

لباس‌های کریوژنیک: کارکنانی که با آرگون مایع سروکار دارند، باید از دستکش‌های کریوژنیک، عینک‌های ایمنی محافظ صورت، و لباس‌های بلند استفاده کنند تا از سوختگی سرما جلوگیری شود.

ماسک تنفسی: در صورت نشت، تنها راهکار ایمن برای ورود به منطقه خطر، استفاده از دستگاه تنفسی مستقل (SCBA – Self-Contained Breathing Apparatus) است. ماسک‌های فیلتردار معمولی (حتی اگر برای گازهای سمی باشند) هیچ حفاظتی در برابر کمبود اکسیژن ندارند.

ج) آموزش و رویه‌های عملیاتی:

ممنوعیت ورود: ورود به فضاهای بسته که در آن گازهای خنثی استفاده می‌شود، باید بدون پایش مستمر اتمسفر یا بدون SCBA اکیداً ممنوع باشد.

آموزش کارکنان: آموزش باید بر تشخیص علائم اولیه خفگی، استفاده صحیح از SCBA و پروتکل‌های اضطراری تخلیه و پاسخ سریع (مانند فعال‌سازی تهویه اضطراری) تمرکز کند.

فلسفه “یک نفر هرگز”: هرگز نباید یک نفر به تنهایی وارد یک فضای خطرناک شود. همیشه باید سیستم “دیده‌بان” (Standby Person) در خارج از فضای محصور وجود داشته باشد که مجهز به ارتباط رادیویی باشد و توانایی فراخوانی سریع تیم امداد را داشته باشد.

واکنش در شرایط اضطراری

در صورت وقوع نشت آرگون مایع و فعال شدن آلارم کاهش اکسیژن، پروتکل‌های واکنش اضطراری باید به شرح زیر باشد:

اولویت اول: تخلیه سریع: تمام افراد غیرضروری باید فوراً و بدون تأخیر از منطقه خارج شوند. اگر سطح اکسیژن در حد هشدار باشد، حتی زمان برای بستن شیرها نیز ممکن است وجود نداشته باشد.

ایزوله‌سازی: اگر امکان آن وجود دارد و بدون ریسک جانی است، از راه دور منبع نشت (مانند شیر اصلی) قطع شود.

فراخوانی تیم امداد: تیم‌های آتش‌نشانی یا تیم‌های واکنش اضطراری داخلی که آموزش استفاده از SCBA را دیده‌اند، فراخوانی شوند.

تهویه پس از حادثه: پس از کنترل منبع نشت و اطمینان از عدم حضور مایع، فضای آلوده باید به طور کامل تهویه شود تا سطح اکسیژن به میزان ایمن بازگردد. اندازه‌گیری اکسیژن باید با تجهیزات تأیید شده انجام شود تا از ایمنی کامل منطقه اطمینان حاصل گردد.

نتیجه‌گیری نهایی این است که با وجود بی‌خطر بودن ظاهری آرگون، طبیعت برودتی و نسبت انبساط حجمی آن در کنار وزن زیاد گاز آرگون، آن را به یک تهدید جدی برای فضاهای بسته تبدیل می‌کند. درک این خطرات نوین، به‌ویژه تأثیر دما بر سنسورها و نیاز به تهویه تخصصی کف، کلید حفظ یک محیط کاری ایمن است.

برای کسب اطلاعات بیشتر تماس بگیرید