Оптические излучения

Электромагнитное излучение, вызывающее световое ощущение, на­зывается оптическим излучением. Основным источником оптических из­лучений является Солнце. Электромагнитный спектр Солнца в разных областях имеет длину волны примерно от 0,1 до 100 000 нм. Солнечное электромагнитное излучение распространяется в космическом пространст­ве со скоростью 300 000 км/с и достигает поверхности Земли за 8 мин.

Оптическое (видимое) излучение. Несмотря на то, что оптическое из­лучение в спектре ЭМИ занимает очень узкий диапазон (400--700 нм).

По физиологическому и гигиеническому значению оно занимает ведущее место. Наиболее важной областью оптического спектра ЭМИ является видимый свет. Свет - это возбудитель зрительной сенсорной системы, обеспечивающий нас информацией об окружающей среде (около 80 %).

Освещение выполняет полезную общефизиологическую функцию, способствующую появлению благоприятного психического состояния людей. С улучшением освещения повышается работоспособность, качест­во работы, снижается утомляемость, вероятность ошибочных действий, травматизма, аварийности. Недостаточное освещение ведет к перенапря­жению глаз, к общему утомлению человека. В результате снижается вни­мание, ухудшается координация движений, что может привести при кон­кретной физической работе к несчастному случаю. Кроме того, работа при низкой освещенности способствует развитию близорукости и других заболеваний, а также расстройству нервной системы. Повышенная осве­щенность тоже неблагоприятно влияет на общее самочувствие и зрение, вызывая прежде всего слепящий эффект.

Световой импульс большой энергии приводит к ожогам открытых участков тела, временному ослеплению или ожогам сетчатки глаз.

Освещение, удовлетворяющее гигиеническим и экономическим тре­бованиям, называется рациональным. К этим требованиям относятся: до­статочная освещенность, равномерность, отсутствие слепимости, благо­приятный спектральный состав, экономичность.

Для оценки условий освещения используются светотехнические еди­ницы, принятые в физике.

Световой поток - мощность лучистой энергии, оцениваемой по све­товому ощущению, воспринимаемому человеческим глазом. За единицу светового потока принят люмен (лм). Световой поток, отнесенный к про­странственной единице - телесному углу, называется силой света и вы­ражается в канделах (кд). Освещенность - мера количества света, пада­ющего на поверхность от окружающей среды и локальных источников. За единицу освещенности принят люкс (лк). Яркость поверхности в дан­ном направлении - отношение силы света, излучаемого поверхностью в этом направлении, к проекции светящейся на плоскость, перпендикуляр­ную данному направлению. Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м²).

Для защиты от видимого излучения применяются защитные костюмы, комбинезоны, фартуки, очки, маски.

Инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение (ИК) составляет большую часть солнечного электромагнитного спектра. Поверхности Земли достигает ИК-излучение с длиной волны 760—3000 нм, более длинноволновое излучение задерживается атмосферой. ИК-излучение, излучение, молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные движения, вызывая тепловой эффект. Оно проникает сквозь атмосферу, воду и почву, оконное стекло, одежду.

ИК-излучение представляет собой невидимый поток электромагнит­ных волн с длиной волны 0,76--540 нм, обладающий волновыми и кван­товыми свойствами. По характеру воздействия на организм человека ИК подразделяются на коротковолновые (менее 1,4 мкм), средневолновые (1,4--3,0 мкм), длинноволновые (более 3 мкм). Тепловые излучения ко­ротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потовыделение, а при длительном облучении - тепловой удар. Длинновол­новые лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызывать ожог кожи и глаз. Наиболее час­тым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия ИК-лучей явля­ется катаракта глаза.

Под влиянием ИК-излучения в организме человека возникают биохи­мические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, пони­жается венозное давление, замедляется кровоток и, как следствие, насту­пает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем.

При оптимальных уровнях интенсивности ИК-излучение вызывает приятное тепловое ощущение, способствует тепловому равновесию орга­низма с окружающей средой. При локальном действии на ткани оно не­сколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные процессы, рост клеток, кровоток. Активные продукты распада, образующиеся под его влиянием на кожу, и нервные импульсы от кожи распространяют местное действие излучения на весь организм. Такое влияние нормализу­ет его работу, ослабляя тонус мышц, сосудов, чрезмерное напряжение, болевые ощущения. ИК-излучение обладает противовоспалительным действием и поэтому используется в лечебной практике как физиотера­певтическое средство.

Организм человека, благодаря экзотермическим реакциям обмена ве­ществ, генерирует тепловую энергию, большая часть которой выделяется поверхностью кожи в виде ИК-излучения. Это лежит в основе обмена тепла организма с окружающей средой и поддержании постоянства тем­пературы тела.

Источником ИК-излучения является любое нагретое тело. Степень ИК-излучения обусловлена следующими основными законами, важными в гигиеническом отношении.

В производственных условиях выделение тепла возможно:

- от плавильных, нагревательных печей и других термических устройств;

- от остывания нагретых или расплавленных металлов;

- от перехода в тепломеханической энергии, затрачиваемой на привод основного технологического оборудования;

- от перехода электрической энергии в тепловую и т.п.

Производственные источники лучистой теплоты по характеру излучения можно разделить на четыре группы:

1) с температурой излучающей поверхности до 500⁰С(наружная поверхность печей и др.); их спектр содержит инфракрасные лучи с длиной волны 1.9-3.7мкм;

2) с температурой поверхности от 500 до 1300⁰С (открытое пламя, расплавленный чугун и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи с длиной волны 1.9-3.7 мкм;

3) с температурой от1300 до 1800⁰С (расплавленная сталь и др.), их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких с длиной волны 1.2-1.9мкм, так и видимые большой яркости;

4) с температурой выше 1800⁰С (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.); их спектр излучения содержит ультрафиолетовые лучи.

Одной из количественных характеристик излучения является интенсивность теплового облучения, которуюможно определить как энергию, излучаемую с единицы площади в единицу времени (ккал/(м²/час) или Вт/м²).

Прибор, с помощью которого производят определение интенсивности излучения, называется актинометром.

Лучеиспускание обусловлено только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность лю­бого тела пропорциональна его лучепоглощательной способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обла­дает максимальным излучением. На этом основано применение отража-ющей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройс­тво приборов для измерений теплового излучения.

Тепловое излучение образуется всяким телом, температура которого выше абсолютного нуля. По закону Стефана-Больцмана мощность из­лучения увеличивается пропорционально четвертой степени абсолютной температуры.

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приво­дит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в произ­водственных условиях.

Для защиты от инфракрасного излучения используют защитные экра­ны, спецодежду, защитные очки.

Ультрафиолетовое излучение. Естественным источником ультрафиолетового излучения (УФ – излучения) является солнце. Невидимые ультрафиолетовые лучи появляются в источниках излучения с температурой выше 1500⁰С и достигают значительной интенсивности при температуре более 2000⁰С УФ-излучение обладает способностью вызывать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность (развитие фотохимичес­ких реакций), вызывать люминесценцию и проявлять значительную био­логическую активность. Наиболее распространенными источниками УФ-­излучения на производстве являются электрические дуги, ртутно-кварце­вые горелки, автогенное пламя. Люди, работающие под открытым небом, подвергаются действию УФ-излучения солнечного спектра, особенно в осенне-летний период.

Различают три участка спектра ультрафиолетового излучения, имеющего различное биологическое воздействие. Слабое биологическое воздействие имеет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0.39-0.315 мкм. Противорахитичным действием обладают УФ – лучи в диапазоне 0,315-0,28 мкм, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,28-0,2 мкм обладает способностью убивать микроорганизмы.

При длительном недостатке УФ-излучения солнечного света возника­ют нарушения физиологического равновесия организма, развивается «световое голодание». На­иболее часто следствием недостатка УФ-излучения являются авитаминоз D, ослабление иммунобиологических реакций организма, обострение хронических заболеваний, функциональные расстройства центральной нервной системы.

УФ-излучение от производственных источников может стать причи­ной острых и хронических поражений.

Наиболее подвержен действию УФ-излучения зрительный анализа­тор. Острые поражения глаз называются электроофтальмиями. Проявля­ется заболевание ощущением постоянного постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением. Нередко обнаруживается эритема (покраснение) кожи лица и век. Заболевание длится до 2-3 суток. Про­филактические мероприятия по предупреждению электроофтальмий сво­дятся к применению светозащитных очков или щитков при электросва­рочных и других работах.

К хроническим заболеваниям относят воспаление слизистой оболочки глаз (хронический конъюнктивит), воспаление края век (блефарит), по­мутнение хрусталика (катаракта).

Кожные поражения протекают в виде острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реак­цией могут отмечаться общетоксические явления с повышением темпе­ратуры, ознобом, головными болями. Классическим примером пораже­ния кожи, вызванного ультрафиолетовым излучением, служит солнечный ожог. Хронические изменения кожных покровов, вызванные УФ-излучени­ем, выражаются в «старении», развитии кератоза (утолщение рогового слоя), атрофии эпидермиса, возможно развитие злокачественных новооб­разований.

Негативную роль играет способность УФ-излучения производствен­ных источников изменять газовый состав атмосферного воздуха вследст­вие его ионизации. При этом в воздухе образуются озони оксиды азота, обладающие высокой токсичностью и представляющие большую опас­ность, особенно при сварочных работах в ограниченных, плохо провет­риваемых помещениях или в замкнутых пространствах.[

Для профилактики отравлений окислами азота и озоном соответству­ющие помещения должны быть оборудованы местной и общеобменнойвентиляцией, а при сварочных работах в замкнутых объемах необходимо подавать воздух непосредственно под щиток или шлем сварщика.

Защитные меры включают средства отражения УФ-излучений, защит­ные экраны и средства индивидуальной защиты кожи и глаз (защитную одежду, очки, специальные кремы).