Особливості інфрачервоного, ультрафіолетового та лазерного випромінювань, нормування та методи контролю

Інструкція № 7

60.

Класифікація та джерела випромінювань оптичного діапазону

Інструкція № 6

59.

Тема 7.6. Випромінювання оптичного діапазону

До випромінювань оптичного діапазону відносяться електромагнітні випромінювання інфрачервоні (ІЧВ), видимі (ВВ), ультрафіолетові (УФВ) та лазерне випромінювання.

Джерелом інфрачервоного випромінювання є будь-яке тіло, температура повітря якого перевищує температуру абсолютного нуля (-273К). В промисловості широко використовуються температурні джерела інфрачервоного випромінювання які нагріваються електричним струмом: лампою розжарювання, металеві і керамічні випромінювачі, газорозрядні прилади (ртутні лампи високого тиску, ксенонові, цезієві та інші лампи). Створені прилади, систем, які використовують в роботі інфрачервоне випромінювання. Наприклад, для спектрального аналізу різних речовин, досліджень спектрів далеких зірок і атмосфери планет, вимірювань теплового балансу Землі, для нічного бачення, тепло локації, самонаведення військової техніки та інші.

Видиме випромінювання – це оптичне випромінювання, яке здатне безпосередньо викликати зорові відчуття. Інтервал довжини хвиль видимого випромінювання від 760 до400 мм. Джерелами світла (видимого випромінювання) в промисловості є освітлювальні лампи, печі (оптичні), пристрої для плавлення, зварювання матеріалів.

Спектр ультрафіолетового випромінювання має велику протяжність і довжина хвиль складає від 400 до 10 нм.

Природнім джерелом ультрафіолетового випромінювання є Сонце. В промисловості джерелами ультрафіолетового випромінювання є газорозрядні, кварцові лампи, ртутно-кварцові горілки, електричні дуги, лазерні системи. УВФ використовують у наукових дослідженнях для встановлення енергетичної структури речовини, астрофізиці, криміналістиці, медицині.

Лазерне випромінювання генерується в спеціальних пристроях – оптичних квантових генераторах або лазерах. Лазери – це потужні випромінювачі електромагнітної енергії оптичного діапазону. Вони здатні генерувати хвилі довжиною 0,2 – 1000 мкм, які стосовно біологічної дії лазерного променя поділяються на наступні спектри: 0,2 – 0,4 мкн – ультрафіолетова область; 0,4 – 0,75 – видима; 0,75 – 1,4 мкм – ближня інфрачервона, понад 1,4 мкм – дальня інфрачервона область. Лазери використовують для обробки матеріалів (різання, свердління отворів тощо), у системі зв’язку для передачі сигналів лазерним променем, щоб одержати голограми (об’ємні зображення предметів), у хірургії тощо.

До інфрачервоних випромінювань належать електромагнітні випромінювання (ЕМВ) невидимої частини спектра, що знаходяться в діапазоні довжини хвилі А. 0,78 мкм -1000мкм.
Джерелом інфрачервоного випромінювання є будь-яке тіло, температура поверхні якого перевищує температуру абсолютного нуля (-273 К). Спектральний склад випромінювань інфрачервоного діапазону залежить від температури поверхні тіла. Чим вища температура тіла, тим коротша довжина випромінюваної електромагнітної хвилі. Вплив інфрачервоного випромінювання на людину залежить від довжини хвилі, що випромінюється, й від глибини проникнення променів. В залежності від цього інфрачервоне випромінювання поділяють на три ділянки: А,В,С.
А — ближня (короткохвильова) — характеризується високою проникністю крізь шкіру X=0,78-1,4мкм; В — середня (середньохвильова) — поглинається шарами дерми та підшкірною жировою тканиною X=1,4-3,0мкм; С — далека (довгохвильова) — поглинається епідермісом X = 3,0 мкм-1000 мкм.
Інфрачервоне випромінювання, що потрапляє на тіло людини, впливає, перш за все, на незахищені його ділянки (обличчя, руки, шию, груди, очі). Основним його проявом є тепло, яке проникає на деяку глибину в тканини. Тіло людини може витримувати інфрачервоне випромінювання певної густини потоку енергії, яка вимірюється в Вт/м2. Так, при густині потоку випромінювання величиною 280-260 Вт/м2 відчувається ледь помітне тепло. Його людський організм може витримувати тривалий час без будь-яких змін у його функціональному стані. При густині потоку випромінювання величиною 560-1050 Вт/м2 настає межа, коли людина не витримує дію інфрачервоного випромінювання. Знаходження людини протягом тривалого періоду часу в зоні інфрачервоного випромінювання значної потужності, як і при дії високих температур, впливає на центральну нервову систему, серцево-судинну систему (збільшується частота серцебиття, змінюється артеріальний тиск, прискорюється дихання), порушує тепловий баланс в організмі, що призводить до посиленого потовиділення, втрати необхідних для організму людини солей. Діючи на очі, інфрачервоне випромінювання викликає помутніння кришталика, опік сітківки, кон’юнктивіти. Інтенсивність інфрачервоного випромінювання характеризується густиною потоку енергії. Нормована допустима густина потоку енергії інфрачервоного випромінювання на робочому місці залежить від ділянки випромінювання.
Для ділянки А нормована густина потоку енергії не повинна перевищувати 100 Вт/м2 при опроміненні 50% тіла і більше.
Для ділянки В — 120 Вт/м2 при опроміненні поверхні тіла в межах 25-50%.
Для ділянки С — 150 Вт/м2, якщо опромінюється не більше 25% поверхні тіла. Нормами передбачено тривалість опромінення, перерв, які залежать від густини потоку опромінення.

Ультрафіолетовим випромінюванням (УФВ) називають електромагнітні випромінювання в оптичній ділянці з довжиною хвилі в діапазоні 200-380 нм. За способом генерації воно належить до теплового випромінювання, але за своєю дією подібне до іонізуючого випромінювання. Природнім джерелом УФВ є сонце. Штучними джерелами є електричні дуги, лазери, газорозрядні джерела світла. Генерація ультрафіолетового випромінювання починається при температурі тіла понад 1200 °С, а його інтенсивність зростає з підвищенням температури. Енергетичною характеристикою УФВ є густина потоку потужності, яка вимірюється у Вт/м2.

Усі УФВ прийнято поділяти на три ділянки (А, В, С) в залежності від довжини хвилі:

(А) λ = 380-315 нм

(В) λ = 315-280 нм

(С) λ = 280-200 нм.

Інтенсивність випромінювання та його електричний спектральний склад залежить від температури поверхні, що є джерелом УФВ, наявності пилу та загазованості_повітря. Вплив УФВ на людину кількісно оцінюється за еритемною дією, тобто в почервонінні шкіри, яке в подальшому (як правило, через 48 годин) призводить до її пігментації (засмаги).
УФВ має незначну проникаючу здатність. Воно затримується верхніми шарами шкіри людини. Ультрафіолетове випромінювання необхідне для нормальної життєдіяльності людини. За тривалої відсутності УФВ в організмі людини розвивається негативне явище, яке отримало назву «світлового голодування». У той же час тривала дія значних доз УФВ може призвести до ураження очей та шкіри. Ураження очей гостро проявляються у вигляді фото- або електрофтальмії. Тривала дія УФВ довжиною хвилі 200-280 нм може призвести до утворення ракових клітин. УФВ впливає на центральну нервову систему, викликає головний біль, підвищення температури, нервове збудження, зміни у шкірі та крові.
Випромінювання ділянки 315-380 нм має слабку біологічну дію, переважно флуоресценцію. Випромінювання в ділянці 200-280 нм руйнує біологічні клітини, викликає каогуляцію білків. Короткохвильове випромінювання змінює освітлення робочих місць, іонізує повітря. Природне короткохвильове ультрафіолетове випромінювання (виходить від сонця) не потрапляє на Землю, а поглинається озоновим шаром. Для УФВ, в залежності від ділянки випромінювання, встановлена допустима густина потоку енергії у Вт/м2, яка наведена у табл.

Більш широкого застосування в промисловості, науці і медицині знаходять оптичні квантові генератори (ОКГ ) — лазери. Лазери використовують при дефектоскопії матеріалів, в радіоелектронній промисловості, в будівництві, при обробці твердих і надтвердих матеріалів. За їх допомогою здійснюється багатоканальний зв’язок на великих відстанях, лазерна локація, дальнометрія, швидке опрацювання інформації.
Лазер — це генератор електромагнітних випромінювань оптичного діапазону, робота якого полягає у використанні вимушених випромінювань.
Принцип дії лазера базується на властивості атома (складної квантової системи) випромінювати фотони при переході із збудженого стану в основний (з меншою енергією). Головною особливістю лазерного випромінювання є його чітка спрямованість, що дозволяє на великій відстані від джерела отримати точку світла майже незмінних розмірів з великою концентрацією енергії. За характером генерації електромагнітних хвиль лазери поділяються на імпульсні (тривалість випромінювання до 0^25 с) і лазери безперервної дії (тривалість випромінювання від 0,25 с і більше).
Лазер генерує електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 0,2 до 1000 мкм. Цей діапазон за довжиною хвилі та біологічною дією поділяється на три ділянки:

- ультрафіолетову(від0,2до0,38мкм)

- видиму(від0,38до0,78мкм)

- ближню інфрачервону(від1,4до1000мкм).

У зв’язку з малою довжиною хвилі лазерне випромінювання може бути сфокусоване оптичними системами невеликих геометричних розмірів (розміри обмежені дифракцією), завдяки чому на малій площі досягається велика густина енергії випромінювання. Дія лазерного випромінювання на організм людини має складний характер і обумовлена як безпосередньою дією лазерного випромінювання на тканину, так і вторинними явищами, обумовленими змінами в організмі внаслідок опромінення. Розрізняють термічну і біологічну дію лазерного випромінювання на тканини, що може призвести до теплової, ударної дії світлового тиску, електрострикції (механічні коливання під дією електричної складової електромагнітного поля), перебудови внутрішньоклітинних структур та інше.
Уражаюча дія лазерного променя залежить від потужності, довжини хвилі випромінювання, тривалості імпульсу, частоти повторення імпульсів, часу взаємодії, біологічних та фізико-хімічних особливостей опромінюваних тканин та органів. Термічна дія випромінювання лазерів безперервної дії має багато спільного із звичайним нагріванням. При помірній інтенсивності випромінювання на шкірі можуть з’явитися видимі зміни (порушення пігментації, почервоніння) з досить чіткими межами ураженої ділянки, а при інтенсивності випромінювання понад 100 Втс» виникає кратероподібний отвір внаслідок руйнування та випарювання клітинних структур.
Загалом, шкіряний покрив, який сприймає більшу частину енергії лазерного випромінювання, значною мірою захищає організм людини від серйозних внутрішніх ушкоджень. Але є відомості, що опромінення окремих ділянок шкіри викликає порушення у різних системах організму, особливо нервовій та серцево-судинній. При великій інтенсивності і дуже малій тривалості імпульсів спостерігається біологічна дія лазерного випромінювання, обумовлена процесами, які виникають внаслідок вибіркового поглинання тканинами електромагнітної енергії, а також електричними і фотоелектричними ефектами. Тому, при відносно слабких ушкодженнях шкіри може виникати ураження внутрішніх тканин — набряки, крововиливи, змертвіння тканин, згортання крові. Результатом лазерного опромінення, навіть дуже малих доз, можуть бути такі явища, як нестійкість артеріального тиску, порушення серцевого ритму, втома, роздратування, головний біль, підвищена збудженість, порушення сну. Звичайно, такі порушення зворотні і зникають після відпочинку. Особливо чутливі до дії лазерного випромінювання очі людини. Ураження очей виникає від влучення як прямого, так і відбитого променя лазера, навіть якщо поверхня відбиття не є дзеркальною. Характер ураження залежить від довжини хвилі. Найсерйознішу небезпеку становить випромінювання УФ діапазону, яке може призвести до зміни структури білка (коагуляція) рогівки та опіку слизової оболонки, що викликає повну сліпоту. Випромінювання видимого діапазону впливає на клітини сітківки, внаслідок чого настає тимчасова сліпота або втрата зору від опіку з наступною появою рубцевих ран. Випромінювання ІЧ діапазону, яке поглинається райдужною оболонкою, кришталиком та скловидним тілом, більш-менш безпечне, але також може спричинити сліпоту. Внаслідок лазерного опромінення у біологічних тканинах організму можуть виникати вільні радикали, які активно взаємодіють з органічними молекулами та порушують нормальний хід процесів обміну на клітинному рівні. Наслідком цього є загальне погіршення стану здоров’я. Під лазерною безпекою розуміється сукупність організаційних, технічних і санітарно-гігієнічних заходів, які забезпечують безпеку умов праці персоналу при використанні лазерів.
Прийняття тих або інших заходів лазерної безпеки залежить, перш за все, від класу лазера. Клас небезпеки лазера встановлюється підприємством, яке його виготовляє.

Усі лазери повинні бути марковані знаком лазерної небезпеки.
Установка лазерів дозволяється тільки у спеціально обладнаних приміщеннях. На дверях приміщення, де знаходяться лазери 2,З, 4 класів, повинні бути нанесені знаки лазерної небезпеки. Лазери 4 класу повинні бути розташовані в окремих приміщеннях. Велике значення має стан приміщення всередині. Всі предмети, за винятком спеціального устаткування, не повинні мати дзеркальної поверхні. Розташовувати устаткування потрібно так, щоб воно стояло вільно. Для лазерів 2, 3, 4 класів з лицевої сторони пультів і панелей управління необхідно залишати вільний простір шириною 1,5 м — при однорядовому розташуванні лазерів, і шириною не менше 2м- при дворядовому. Із задніх та бокових сторін лазерів потрібно залишати відстань не менше 1 м. Керування лазерами 4 класу повинно бути дистанційним, а двері приміщення, де вони знаходяться, повинні мати блокування.
При використанні лазерів 2 та 3 класів необхідно запобігати попаданню випромінювання на робочі місця. Повинні бути передбачені огородження лазерно шкідливої зони, або екранування пучка випромінювання. Для екранів та огорож потрібно вибирати вогнестійкі матеріали, які мають найменший коефіцієнт відбиття на довжину хвилі генерації лазера. Ці матеріали не повинні виділяти токсичні речовини при дії на них лазерного випромінювання.

При експлуатації лазерів 2, 3,4 класів треба здійснювати періодичний дозиметричний контроль (не менше одного разу на рік), а також додатково в таких випадках: при надходженні в експлуатацію нових лазерів 2-4 класів, при зміні конструкції засобів захисту, при організації нових робочих місць.

Інфрачервоне (ІЧ) випромінювання — частина електромагнітного спектра, яка межує з випромінюванням видимого діапазону але має трохи більшу довжину хвиль. Штучними джерелами інфрачервоного випромінювання є будь-які поверхні, температура яких вища за температуру поверхні, яка підлягає опроміненню.Ефект дії інфрачервоного випромінювання залежить від довжини хвилі, яка зумовлює глибину проникнення. Дія інфрачервоних випромінювань зводиться до нагрівання шкіри, очей, до порушення діяльності центральної нервової системи, серцево-судинної системи, органів травлення. При інтенсивній дії на непокриту голову може виникнути так званий сонячний удар, який проявляється головним болем, запамороченням, втратою свідомості тощо.

Дата добавления: 2015-06-26