Trimix (gaz do oddychania)
Trimix jest gazem oddechowym składającym się z tlenu , helu i azotu , stosowanym w głębokich nurkowaniach komercyjnych , podczas głębokiej fazy nurkowań prowadzonych z wykorzystaniem technicznych technik nurkowych oraz w zaawansowanych nurkowaniach rekreacyjnych .
Hel jest dodawany jako substytut części azotu, aby zmniejszyć narkotyczne działanie gazu oddechowego na głębokości. Dzięki mieszaninie trzech gazów możliwe jest tworzenie mieszanek odpowiednich dla różnych głębokości lub celów poprzez dostosowanie proporcji każdego gazu. Zawartość tlenu można zoptymalizować dla głębokości, aby ograniczyć ryzyko toksyczności , a obojętny składnik zrównoważony między azotem (który jest tani, ale narkotyczny) i helem (który nie jest narkotyczny i zmniejsza pracę oddychania, ale jest droższy i zwiększa utratę ciepła ).
Mieszanina helu i tlenu o 0% zawartości azotu jest ogólnie znana jako helioks . Jest często używany jako gaz do oddychania w głębokich operacjach nurkowania komercyjnego, gdzie często jest poddawany recyklingowi w celu zaoszczędzenia drogiego składnika helu. Analiza gazów dwuskładnikowych jest znacznie prostsza niż gazów trójskładnikowych.
Funkcja helu
Głównym powodem dodawania helu do mieszanki oddechowej jest zmniejszenie proporcji azotu i tlenu poniżej proporcji powietrza, aby umożliwić bezpieczne oddychanie mieszanką gazową podczas głębokich nurkowań. Mniejsza zawartość azotu jest wymagana do zmniejszenia narkozy azotowej i innych fizjologicznych efektów gazu na głębokości. Hel ma bardzo małe działanie narkotyczne. Niższa zawartość tlenu zmniejsza ryzyko zatrucia tlenem podczas głębokich nurkowań.
Niższa gęstość helu zmniejsza opór oddychania na głębokości. Praca oddechowa może ograniczyć stosowanie mieszanek oddechowych w aparatach oddechowych pod wodą, ponieważ wraz ze wzrostem głębokości może dojść do punktu, w którym praca oddechowa przekroczy dostępny wysiłek nurka. Powyżej tego punktu nagromadzenie dwutlenku węgla ostatecznie doprowadzi do ciężkiej i wyniszczającej hiperkapnii , która, jeśli nie zostanie szybko skorygowana, spowoduje, że nurek będzie próbował szybciej oddychać, zaostrzając pracę oddechową, co doprowadzi do utraty przytomności i wysokiego ryzyka utonięcia.
Ze względu na niską masę cząsteczkową hel wnika i opuszcza tkanki poprzez dyfuzję szybciej niż azot, gdy ciśnienie jest zwiększane lub zmniejszane (nazywa się to włączanie i wyłączanie gazu). Ze względu na mniejszą rozpuszczalność hel nie obciąża tkanek tak mocno jak azot, ale jednocześnie tkanki nie są w stanie utrzymać tak dużej ilości helu w stanie przesycenia. W efekcie hel jest gazem, który szybciej nasyca i desaturuje, co jest wyraźną zaletą w nurkowaniu saturowanym , ale w mniejszym stopniu w nurkowaniu z odbiciem, gdzie zwiększone tempo odgazowywania jest w dużej mierze równoważone przez równoważnie zwiększone tempo odgazowywania.
Niektórzy nurkowie cierpią na uciskowe bóle stawów podczas głębokiego zanurzenia, a wykazano, że trimix pomaga uniknąć lub opóźnić objawy uciskowego zapalenia stawów.
Wady helu
Hel przewodzi ciepło sześć razy szybciej niż powietrze, więc nurkowie oddychający helem często noszą osobny zapas innego gazu do nadmuchiwania suchych skafandrów . Ma to na celu uniknięcie ryzyka hipotermii spowodowanej użyciem helu jako gazu inflacyjnego. Argon , przenoszony w małym, oddzielnym zbiorniku podłączonym tylko do inflatora suchego skafandra, jest lepszy od powietrza, ponieważ powietrze przewodzi ciepło 50% szybciej niż argon. Suche skafandry (jeśli są używane razem z kompensatorem pływalności) nadal wymagają minimalnego napompowania, aby uniknąć „ściskania”, czyli uszkodzenia skóry spowodowanego uszczypnięciem przez ciasne fałdy suchego skafandra.
Hel rozpuszcza się w tkankach (nazywa się to gazowaniem) szybciej niż azot wraz ze wzrostem ciśnienia otoczenia. Konsekwencją większego obciążenia niektórych tkanek jest to, że wiele algorytmów dekompresyjnych wymaga głębszych przystanków dekompresyjnych niż podobne nurkowanie z ekspozycją ciśnieniową na powietrzu, a hel z większym prawdopodobieństwem wydostanie się z roztworu i wywoła chorobę dekompresyjną po szybkim wynurzeniu.
Oprócz wad fizjologicznych stosowanie trimixu ma również wady ekonomiczne i logistyczne. Cena helu wzrosła o ponad 51% w latach 2000-2011. Ten wzrost cen dotyka nurków z obiegiem otwartym bardziej niż nurków z obiegiem zamkniętym ze względu na większą objętość helu zużywaną podczas typowego nurkowania trymiksowego. Ponadto, ponieważ napełnienia trimixem wymagają droższego sprzętu do analizy niż napełnienia powietrzem i nitroksem, jest mniej stacji napełniania trimiksem. Względna rzadkość stacji napełniania trymiksem może wymagać zejścia daleko z drogi w celu zdobycia niezbędnej mieszanki do głębokiego nurkowania, które wymaga gazu.
Zalety kontrolowania frakcji tlenu
Obniżenie zawartości tlenu w mieszaninie gazów oddechowych zwiększa maksymalną głębokość roboczą i czas nurkowania, przed którym toksyczność tlenu staje się czynnikiem ograniczającym. Większość nurków trymiksowych ogranicza robocze ciśnienie parcjalne tlenu [PO 2 ] do 1,4 bara i może zmniejszyć P O 2 dalej do 1,3 bara lub 1,2 bara w zależności od głębokości, czasu trwania i rodzaju zastosowanego układu oddechowego. Maksymalne ciśnienie parcjalne tlenu wynoszące 1,4 bara dla aktywnych sektorów nurkowania i 1,6 bara dla przystanków dekompresyjnych jest zalecane przez kilka agencji certyfikujących nurkowanie rekreacyjne i techniczne dla obiegu otwartego oraz 1,2 bara lub 1,3 bara jako maksimum dla aktywnych sektorów nurkowania. nurkować na rebreatherze o obiegu zamkniętym. Zwiększenie frakcji tlenu w trimiksie, który ma być używany jako gaz dekompresyjny, może przyspieszyć dekompresję przy zmniejszonym ryzyku powikłań izobarycznej kontrdyfuzji.
Zalety utrzymywania pewnej ilości azotu w mieszance
Zatrzymywanie azotu w trimiksie może przyczynić się do zapobiegania syndromowi nerwowemu wysokiego ciśnienia , problemowi, który może wystąpić podczas oddychania helioksem na głębokościach większych niż około 130 metrów (430 stóp). Azot jest również znacznie tańszy niż hel.
Konwencje nazewnictwa
Termin trimiks oznacza, że gaz ma trzy składniki funkcjonalne, którymi są hel, azot i tlen. Ponieważ azot i całość lub część tlenu jest zwykle dostarczana z powietrza, inne składniki zwykłego powietrza atmosferycznego są generalnie ignorowane. Konwencjonalnie skład mieszanki jest określany przez zawartość procentową tlenu, procentową zawartość helu i opcjonalnie zawartość procentową azotu, w tej kolejności. Na przykład mieszanka o nazwie „trimix 10/70” lub trimiks 10/70/20, składająca się z 10% tlenu, 70% helu, 20% azotu, jest odpowiednia do nurkowania na 100 metrów (330 stóp). Hiperoksyczny trimix jest czasami określany jako Helitrox, TriOx lub HOTx (High Oxygen Trimix), gdzie „x” w HOTx oznacza frakcję helu w mieszaninie jako procent.
Podstawowy termin Trimix jest wystarczający, odpowiednio zmodyfikowany terminami hipoksyczny, normoksyczny i hiperoksyczny oraz zwykłymi formami oznaczania składowej frakcji gazów, aby opisać dowolny możliwy stosunek gazów, ale Narodowe Stowarzyszenie Instruktorów Podwodnych (NAUI) używa terminu „helitrox” dla hyperoxic 26/17 Trimix, czyli 26% tlenu, 17% helu, 57% azotu. Helitrox wymaga przystanków dekompresyjnych podobnych do Nitrox-I (EAN32) i ma maksymalną głębokość operacyjną 44 metrów (144 stóp), gdzie ma równoważną głębokość narkotyczną 35 metrów (115 stóp). Pozwala to na nurkowanie w zwykłym zakresie rekreacyjnym, przy jednoczesnym zmniejszeniu obowiązku dekompresji i skutków narkotycznych w porównaniu z powietrzem. GUE i UTD również promują hiperoksyczną trimix dla tego zakresu głębokości, ale preferują termin „TriOx”.
Aplikacje
W nurkowaniu z obiegiem otwartym powszechnie stosuje się dwie klasy trimixu: trimix normoksyczny — z minimalnym PO 2 na powierzchni 0,18 i trimix hipoksyczny — z PO 2 mniejszym niż 0,18 na powierzchni. Mieszanka normoksyczna, taka jak „19/30”, jest używana w zakresie głębokości od 30 do 60 m (100 do 200 stóp); mieszanka hipoksyczna, taka jak „10/50”, jest używana do głębszych nurkowań, tylko jako gaz denny i nie można jej bezpiecznie oddychać na płytkich głębokościach, gdzie PO 2 jest mniejsze niż 0,18 bara.
rebreatherach z całkowicie zamkniętym obiegiem , które używają diluentów trimiksowych, mieszanka w pętli oddechowej może być hiperoksyczna (co oznacza więcej tlenu niż w powietrzu, jak w nitroksie wzbogaconym powietrzem ) na płytkiej wodzie, ponieważ rebreather automatycznie dodaje tlen, aby utrzymać określone ciśnienie parcjalne tlenu. Hiperoksyczny trimix jest również czasami używany podczas nurkowania z obiegiem otwartym, aby zmniejszyć konieczność dekompresji.
Mieszanie
Mieszanie gazu z trimixem ogólnie obejmuje mieszanie helu i tlenu z powietrzem w pożądanych proporcjach i ciśnieniu. W powszechnym użyciu są dwie metody:
Mieszanie pod ciśnieniem cząstkowym odbywa się poprzez dekantację tlenu i helu do butli nurkowej , a następnie uzupełnianie mieszanki powietrzem z nurkowej sprężarki powietrza . Aby zapewnić dokładne wymieszanie, po każdym przeniesieniu helu i tlenu mieszaninę pozostawia się do ostygnięcia, mierzy się jej ciśnienie i dekantuje kolejny gaz do uzyskania prawidłowego ciśnienia jest osiągnięte. Ten proces często trwa godzinami, a czasami jest rozłożony na kilka dni w ruchliwych stacjach mieszania. Można wprowadzić poprawki na wpływ temperatury, ale wymaga to dokładnego monitorowania temperatury mieszaniny wewnątrz cylindra, co na ogół nie jest dostępne.
Druga metoda zwana „ciągłym mieszaniem” polega na mieszaniu tlenu i helu z powietrzem wlotowym sprężarki. Tlen i hel są wprowadzane do rur mieszających w strumieniu powietrza wlotowego za pomocą przepływomierzy lub analizy zawartości tlenu po dodaniu tlenu oraz przed i po dodaniu helu, a przepływy tlenu i helu są odpowiednio dostosowywane. Po stronie wysokiego ciśnienia sprężarki stosuje się regulator lub otwór upustowy w celu zmniejszenia ciśnienia przepływu próbki i analizuje się trimix (najlepiej zarówno pod kątem helu, jak i tlenu), aby można było dokonać dokładnej regulacji przepływów gazów wlotowych. Zaletą takiego systemu jest to, że ciśnienie w zbiorniku dostarczającym hel nie musi być tak wysokie, jak to stosowane w metodzie mieszania pod ciśnieniem cząstkowym, a resztkowy gaz można „uzupełnić”, aby jak najlepiej wymieszać po nurkowaniu. Jest to ważne głównie ze względu na wysoki koszt helu. Wadą może być to, że wysokie ciepło sprężania helu powoduje przegrzanie sprężarki, zwłaszcza w czasie upałów. Temperatura mieszaniny trimix wchodzącej do analizatora powinna być utrzymywana na stałym poziomie w celu uzyskania najlepszej wiarygodności analizy, a przed użyciem analizator powinien być skalibrowany w temperaturze otoczenia. Rurka mieszająca jest bardzo prostym urządzeniem, a jednostki do ciągłego mieszania w wersji DIY można wykonać stosunkowo niskim kosztem w porównaniu z kosztami analizatorów i kompresora.
Wybór składu mieszanki
Stosunek gazów w danej mieszance jest dobrany tak, aby zapewnić bezpieczną maksymalną głębokość operacyjną i komfortową równoważną głębokość narkotyczną dla planowanego nurkowania. Bezpieczne granice dla mieszanki gazów w trimiksie są ogólnie przyjęte jako maksymalne ciśnienie cząstkowe tlenu (PO 2 — patrz prawo Daltona ) od 1,0 do 1,6 bara i maksymalna równoważna głębokość narkotyczna od 30 do 50 m (100 do 160 stóp). Na 100 m (330 stóp) „12/52” ma PO2 1,3 bara i równoważną narkotyczną głębokość 43 m (141 stóp).
„Standardowe” mieszanki
Chociaż teoretycznie trimix można mieszać z prawie każdą kombinacją helu i tlenu, wyewoluowało wiele „standardowych” mieszanek (takich jak 21/35, 18/45 i 15/55 - patrz Konwencje nazewnictwa ) . Większość z tych mieszanek powstała w wyniku zdekantowania helu pod określonym ciśnieniem do pustej butli, a następnie uzupełnienia mieszanki 32% nitroksem. „Standardowe” mieszanki ewoluowały z powodu trzech zbieżnych czynników — chęci zachowania równoważnej narkotycznej głębi (KONIEC) mieszanki na około 34 metrach (112 stóp), wymóg utrzymywania ciśnienia parcjalnego tlenu na poziomie 1,4 ATA lub niższym w najgłębszym punkcie nurkowania oraz fakt, że wiele sklepów nurkowych przechowuje standardowy 32% nitroks w banków, co upraszcza mieszanie. Stosowanie standardowych mieszanek sprawia, że uzupełnianie butli nurkowych po nurkowaniu przy użyciu mieszanki resztkowej jest stosunkowo łatwe — do uzupełnienia resztek gazu z ostatniego napełnienia potrzebny jest tylko hel i nitroks z banku.
Metoda mieszania znanej mieszanki nitroksowej z helem pozwala na analizę frakcji każdego gazu za pomocą tylko analizatora tlenu, ponieważ stosunek frakcji tlenu w końcowej mieszance do frakcji tlenu w nitroksie początkowym daje frakcję nitroksu w końcowa mieszanka, stąd łatwo obliczyć ułamki trzech składników. Prawdą jest, że KONIEC mieszaniny nitroks-hel na maksymalnej głębokości operacyjnej (MOD) jest równa MOD samego nitroksu.
Heliair
Heliair jest gazem oddechowym składającym się z mieszaniny tlenu , azotu i helu i jest często używany podczas głębokiej fazy nurkowań prowadzonych z wykorzystaniem technicznych technik nurkowych . Termin ten, po raz pierwszy użyty przez Shecka Exleya , jest najczęściej używany przez Technical Diving International (TDI).
Łatwo miesza się z helu i powietrza , dzięki czemu ma stały stosunek tlenu do azotu wynoszący 21:79, a resztę stanowi zmienna ilość helu. Czasami określa się go jako „trimiks dla ubogich”, ponieważ jest znacznie łatwiejszy do zmieszania niż mieszanki trimiksowe ze zmienną zawartością tlenu, ponieważ wszystko, czego potrzeba, to wprowadzenie wymaganego ciśnienia cząstkowego helu, a następnie uzupełnienie powietrzem z konwencjonalna sprężarka. Bardziej skomplikowany (i niebezpieczny) etap dodawania czystego tlenu pod ciśnieniem wymaganym do mieszania trimiksu nie występuje podczas mieszania heliair.
Mieszanki Heliair są podobne do standardowych mieszanek Trimix wykonanych z helu i Nitroxu 32, ale z głębszym KONIEC w MOD. Heliair zawsze będzie miał mniej niż 21% tlenu i będzie niedotleniony (mniej niż 17% tlenu) w przypadku mieszanek zawierających więcej niż 20% helu.
Historia jako gaz nurkowy
- 1919: Profesor Elihu Thomson spekuluje, że hel mógłby być użyty zamiast azotu w celu zmniejszenia oporu oddychania na dużych głębokościach. Heliox był używany ze stołami powietrznymi, co skutkowało dużą częstością występowania choroby dekompresyjnej, dlatego zaprzestano stosowania helu.
- 1924: Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych rozpoczyna badanie potencjalnego wykorzystania helu, a do połowy lat dwudziestych XX wieku zwierzęta laboratoryjne były wystawiane na eksperymentalne nurkowania w komorach z użyciem helioksu. Wkrótce ludzie oddychający helioksem 20/80 (20% tlenu, 80% helu) zostali pomyślnie zdekompresowani z głębokich nurkowań.
- 1937: Przeprowadzono kilka nurkowań testowych z mieszaninami helu, w tym nurkowanie ratunkowe Maxa „Gene” Nohla na głębokość 127 metrów.
- 1939: US Navy używa helioksu w operacji ratowniczej USS Squalus . Użycie helioksu, w połączeniu z brakiem spadku koordynacji i funkcji poznawczych u nurków ratowniczych, potwierdza teorię narkozy azotowej Behnkego.
- 1965: Praca Nica Flemminga polegająca na badaniu wstęg piasku w kanale La Manche jako pierwsza porównuje wydajność nurka podczas oddychania powietrzem i helioksem na wodach otwartych.
- 1963: Pierwsze nurkowania saturowane z użyciem trymiksu w ramach Projektu Genesis .
- 1970: Hal Watts odzyskuje dwa ciała w Mystery Sink (126 m).
- 1979: Zespół badawczy kierowany przez Petera B. Bennetta z Laboratorium Hiperbarycznego Centrum Medycznego Duke University rozpoczyna serię „Atlantis Dive Series”, która dowodzi mechanizmów stojących za stosowaniem trimixu w celu zapobiegania objawom zespołu nerwowego wysokiego ciśnienia.
- 1983: Nurek jaskiniowy Jochen Hasenmayer używa helioksu do głębokości 212 metrów. Głębokość została później powtórzona przez Shecka Exleya w 1987 roku.
- 1987: Pierwsze masowe użycie trimiksu i helioksu: projekt Wakulla Springs . Exley uczy nurków niekomercyjnych w zakresie stosowania trimiksu w nurkowaniu jaskiniowym. [ potrzebne źródło ]
- 1991: Billy Deans rozpoczyna nauczanie nurkowania rekreacyjnego na trymiksie. Tom Mount opracowuje pierwsze standardy treningu trymiksowego ( IANTD ). Stosowanie trimiksu szybko rozprzestrzenia się wśród społeczności nurków wrakowych w Ameryce Północnej i Wschodniej. [ potrzebne źródło ]
- 1992: National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) opracowuje „Monitor Mix” do nurkowań na USS Monitor . Ta mieszanka stała się NOAA Trimix I, z tabelami dekompresyjnymi zaprojektowanymi przez Billa Hamiltona opublikowanymi w Podręczniku nurkowania NOAA.
- 1992: NOAA otrzymuje szkolenie od Key West Divers, aby przeprowadzić pierwsze sponsorowane przez NOAA nurkowania trimixowe na wraku USS Monitor w pobliżu Cape Hatteras, NC.
- 1994: Połączony zespół brytyjsko-amerykański, w skład którego wchodzą nurkowie wrakowi John Chatterton i Gary Gentile , pomyślnie kończy serię nurkowań wrakowych podczas ekspedycji RMS Lusitania na głębokość 100 metrów przy użyciu trimiksu.
- 1994: Sheck Exley i Jim Bowden używają „heliair” w Zacaton podczas pierwszej próby nurkowania w obiegu otwartym na głębokość 1000 stóp. Exley, który w tamtym czasie był rekordzistą świata w nurkowaniu na 881 stóp, traci przytomność i umiera około 900 stopy; Bowden przerywa na wysokości 925 stóp i przeżywa pomimo kilku zagrażających życiu przeszkód.
- 2001: Księga rekordów Guinnessa uznaje Johna Bennetta za pierwszego nurka, który zanurkował na głębokość 300 metrów (1000 stóp) przy użyciu trimiksu. [ potrzebne źródło ]
- 2005: David Shaw ustanawia rekord głębokości w użyciu rebreathera trimixowego i umiera podczas powtarzania nurkowania w celu wydobycia ciała innego nurka.
- 2015: Eksperymentalna Jednostka Nurkowa Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych pokazuje, że nurkowania z odbiciem przy użyciu trimiksu nie są bardziej wydajne w dekompresji niż nurkowania na helioksie.
Szkolenia i certyfikacja
Agencje szkolące i certyfikujące nurków technicznych mogą rozróżniać poziomy kwalifikacji do nurkowania z trymiksem. Zwykle rozróżnia się trymiks normoksyczny i trymiks hipoksyjny, czasami nazywany również trymiksem pełnym. Podstawowym rozróżnieniem jest to, że w przypadku nurkowań z trymiksem hipoksyjnym nie można rozpocząć nurkowania na mieszance dennej, a procedury korzystania z mieszanki podróżnej dla pierwszej części zniżania oraz przełączanie gazu podczas zniżania w celu uniknięcia zatrucia tlenem są dodawane do wymaganych umiejętności. Dłuższa dekompresja przy użyciu większej różnorodności mieszanin może również komplikować procedury. W nurkowaniu z rebreatherem w obiegu zamkniętym użycie rozcieńczalnika hipoksemicznego uniemożliwia nurkowi przepłukanie rozcieńczalnikiem na płytkich głębokościach podczas oddychania z pętli, dzięki czemu pozostaje to możliwe na maksymalnej głębokości nurkowania, gdzie może być bardziej krytyczne.
Zobacz też
- Argox - mieszanka gazowa czasami używana przez płetwonurków do nadmuchiwania suchego skafandra
- Helioks – gaz oddechowy zmieszany z helu i tlenu
- Hydreliox – Oddychająca mieszanina gazów helu, tlenu i wodoru
- Hydrox – Oddychająca mieszanka gazów używana eksperymentalnie do bardzo głębokich nurkowań
- Nitrox – Gaz oddechowy, mieszanina azotu i tlenu
