Излучения оптического диапазона 1 страница
Электромагнитный спектр Солнца в разных областях имеет длину волны примерно от О, 1 до 100 000 нм:
Диапазон радиочастот ............................................. > 100 000
Далекая инфракрасная область .............................. 100 000-10 000
Инфракрасная область.................................................... 10 000-760
Видимая, или оптическая, область............................. 760-400
Ультрафиолетовая область............................................ 400-120
Крайняя ультрафиолетовая область............................ 120-10
Низкоэнергетическое рентгеновское
излучение ................................................................. 1О- О, 1
Высокоэнергетическое рентгеновское
излучение .................................................................. <О, 1
Солнечное электромагнитное излучение распространяется в космическом пространстве со скоростью 300 000 кмjс и достигает поверхности Земли всего за 8 мин. Солнечное излучение, проходя через земную атмосферу, вследствие взаимодействия с последней, ослабляется. Излучение с длиной волны менее 290 нм (рентгенов ское, короткое УФ- и у-излучение) полностью поглощается кис лородом и озоном в верхних слоях земной атмосферы. Излучение с длиной волны 700 нм (видимое и преимущественно инфракрас ное) избирательно поглощается кислородом в верхнем слое зем ной атмосферы и водяными паром в околоземном. Для остальных длин волн земная атмосфера прозрачна. Кроме поглощения излу чение ослабляется при рассеивании на молекулах воздуха, частич ках пыли и водяных каплях.
Количество солнечного излучения, доходящего до земной по
верхности, зависит от большого числа природных и антропоген ных факторов: географической широты местности, сезона года, времени суток, рельефа местности, загрязненности воздуха, кли мата, погоды. В зависимости от высоты стояния Солнца меняется соотношение составляющих солнечного излучения (табл. 5.13).
Различают солнечное излучение прямое, исходящее непо средственно от Солнца, рассеянное - от небесного свода и от раженное - от поверхности различных предметов. Сумма всех видов излучения, падающего на горизонтальную поверхность, называется суммарным излучением. Относительная доля рассе янного излучения в общем потоке солнечного излучения по мере увеличения высоты стояния Солнца уменьшается. Коротковол новое излучение рассеивается больше, чем длинноволновое. Об лака, отражая прямое излучение, обычно увеличивают общий поток рассеянного излучения. Это имеет значение тогда, когда отражательная способность земной поверхности (альбедо) уве личена. Величина альбедо зависит от характера подстилающей
Таблица
ЗависИмость энергии излучения областей электромагнитного спектра Солнца от высоты стояния его над горизонтом
Расположение и высота стояния Солнца, град
поверхности и длины волны падающего излучения: альбедо зе-. ленойтравы в общем потоке излучения составляет 26%, инфра красного (ИК) - 44%, видимого - 6%, коротковолнового - 2 %. Свежий снег отражает 85% общего потока излучения, реч ной песок- 29%, вода при высоте стояния Солнца 60°- 5 %. Облачность снижает интенсивность солнечного излучения в сред нем на 47-56%. Особенно значительны потери (15-50 %) сол
2. Зона комфорта УФ-излучения, расположенная между 57,5 и 42,4° северной или южной широты. На севере этой зоны дефицит УФ-излучения отмечается в середине зимы. На юге биологически активное УФ-излучение наблюдается в течение всего года. В цент ральных регионах отмечаются условия оптимального комфортного УФ-излучения, а в южных- избыточного УФ-излучения летом. В летний полдень на юге зоны зритемная энергия УФ-излучения достигает 160-240 мэрjм 2 •
3. Зона избыточного ультрафиолетового-излучения, расположен
ная южнее 42,5" северной широты с эритемной энергией в летний
полдень 320 мэрjм2 и более.
УФ в значительной мере поглощается обычными оконными
стеклами, у открытого окна его интенсивность составляет 50 %
наружной, а у закрытого - 2-3 %.
Одежда может задержать от 50 до 100% УФ-излучения; белая
мужская рубашка пропускает 20%, более легкие ткани- до 50%.
Солнечное УФ-излучение достигает максимальной интенсивнос
ти между 10 и 14 ч. На этот период приходится 60%, на период
r-.tежду 9 и 15 ч- 80% суточного количества УФ-излучения. Чело
|
нечного излучения в результате загрязнения атмосферы промыш
лучение от половины неба, что составляет 1
всей интенсивности
ленными выбросами, автотранспортом в виде газообразных шла
ков, дымов, пыли.
Потери в атмосфере вследствие поглощения и рассеяния боль- ·
ше всего отражаются на УФ-излучении. При длине волны менее
320 нм его интенсивность резко падает в результате поглощения
его озоном стратосферы, излучение с длиной волны менее 288 нм практически не достигает поверхности земли.
На уровне земной поверхности ультрафиолетовая составляю щая солнечного спектра колеблется от 0,6 до 10%. Здесь УФ-излу-. чение на 70-75% состоит из рассеянного и на 25-30% из пря мого излучения. В горах с увеличением на каждые 100 м его интен сивность повышается на 3-4% или на 15% на каждые 1000 м высоты над уровнем моря, а в чистой воде уменьшается с каждым
метром глубины на 14%.
Углубленные исследования географической динамики интен сивности солнечного УФ-излучения позволили составить карту зонирования его на территории нашей страны, в которой разли чают три зоны.
1. Зона дефицита УФ-излучения, расположенная севернее 57,5" широты. На севере этой зоны в течение ноября-февраля в сум марном излучении отсутствует УФ-излучение с длиной волны, 320 нм. В октябре и марте в этом регионе интенсивность УФ-излу чения очень мала, так как в полдень интенсивность суммарного эритемнаго потока не превышает 10-12 мэрjм 2 • На юге этой зоны это отмечается в декабре- январе.
суммарного излучения.
Солнечное УФ-излучение является важным фактором самоочи
щения атмосферного воздуха, воды рек и морей. Электромагнит
ное излучение Солнца в околоземных условиях мало зависит от
солнечной активности, а гамма-, рентгеновское и коротковолно
вое излучения полностью поглощаются атмосферой.
Гигиеническая характеристика электромагнитных излучений
оптического спектра приведена на рис. 5.9.
Инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение (ИК) состав
ляет большую часть солнечного электромагнитного спектра. По
верхности Земли достигает ИК-излучение с длиной волны 760- 3000 нм, более длинноволновое излучение задерживается атмо сферой. ИК-излучение, встречая на своем пути молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные движения, вызы вая тепловой эффект. Оно проникает сквозь атмосферу, воду и
почву, оконное стекло, одежду.
ИК-излучение представляет собой невидимый поток электро
магнитных волн с длиной волны 0,76-540 нм, обладающий вол новыми и квантовыми свойствами. По длине волны ИК-излучения выделяют три области, различающиеся по особенностям своего биологического действия: ИК-А- коротковолновую (менее 1,4 мкм), ИК-В- средневолновую (1,4-3,0 мкм), ИК-С- длинноволно вую (более 3 мкм) (табл. 5.14). В производственных условиях гигие ническое значение имеет более узкий диапазон- (0,76-70 мкм). ИК-Излучение, проходя через воздух, его не нагревает, но, по-
|
Область
Биологическая эффективность :::; :::; :::; :::;::0:::; :::;
излучения разных областей ;I: ;I: ;I: :t§:t ;I:
|
о
о......
о V) оЕ-<о о
u 00 1:0 ...... <t;OO"'N :s: о u
| |
|
|
V)
:I:
о:!
Фотохимическое действие Фотосинтез Бактерицидность СDотореактивация
|
» » » е:s: :s:
Зрительные ощущения Эритемное действие
Эритемное действие солнечных лучей
Загарное действие
Усиление эритемнаго действия
Синтез витамина D (антирахитное действие) Тонизирующее действие
Поглощение роговой оболочкой глаза
Опасность фотоофтальмии
Поглощение роговой оболочкой глаза fвRi!
Опасность солнечного ретинита
Поглощение стекловидным телом, опасность его потемнения Опасность магнизации тканей
Излучение, опасное при передозировке Излучение, проходящее через
оконное силикатное стекло
Излучение, проходящее через увиолевое стекло
|
|
типов источников света:
---солнечный свет, прощедщий
|
- - - - излучение ламп накаливания
-
| |
-··-·· излучение эритемныхламп, \ ,
|
недостаточности УСD-излучения
1 ·, 1 """">:'"'-
) ....
144
Рис. 5.9. Гигиеническая характеристика
излучений оптического спектра
|
Изменение органа зрения и кожи под воздействием УФ-излучения видимого и ИК-излучения
| Область спектра | Орган зрения | Кожа | ||
| УФ-С (100-280 нм) | Фотокератит | Эритема, загар, рак кожи | ||
| УФ-В (280-315 нм) | Фотокератит, катаракта хрусталика | Загар, эритема, рак кожи, ускоренное старение кожи | ||
| УФ-А (315-400 нм) | Фотокератит, катаракта | Загар, потемнение кожи, реакции отосенсибилизации, рак кожи, ускоренное старение | ||
| Видимая ( нм) | 400-750 80-1400 нм) | м) ) | Фотохимическое и тер- мическое повреждение сетчатк:- Катаракта, ожог сетчатки Ожог роговицы, тканей передней камеры, катаракта Ожог роговицы | Потемнение кожи, реакции фотосенсибилизации, ожог кожи Ожог кожи Тоже >> |
| ИК-А (7 | ||||
| ИК-В (1400-3000 н ИК-С (более 3000 нм |
глотившись твердыми телами, лучистая энергия переходит в теп ловую энергию, вызывая нагревание окружающих поверхностей.
Источником ИК-излучения является любое нагретое тело. Сте пень ИК-излучения обусловлена следующими основными закона ми, важными в гигиеническом отношении.
Лучеиспускание обусловлено только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Кирхгофа). Лучеис пускательная способность любого тела пропорциональна его луче поглощательной способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом основано применение отражающей защитной
одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство при
боров для измерений теплового излучения.
С повышением температуры излучающего тела мощность излу
чения увеличивается пропорционально четвертой степени его аб
солютной температуры. В соответствии с этим законом даже не
большое повышение температуры тела приводит к значительному .
росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон, можно опре- ·
делить величину теплообмена излучением в производственных усло виях.
Произведение абсолютной температуры излучающего тела на
длину волны излучения с максимальной энергией - величина постоянная (закон Вина- закон смещения):
ЛmахТ =С,
где Лmах- длина волны, мкм; Т- абсолютная температура, К; С=
2880 - константа.
По температуре источника можно ориентировочно определить
длину волны максимального излучения и оценить биологический
эффект его воздействия.
Тепловое излучение образуется всяким телом, температура ко
торого выше абсолютного нуля. По закону Стефана- Больцмана
мощность излучения Е увеличивается пропорционально четвертой
степени абсолютной температуры Т:
Е= аТ 4 ,
где cr- константа Стефана- Больцмана, равная 5,67 ·ю-8 Втj(м2 • К4);
Т- абсолютная температура тела, К.
Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела
приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Ис
пользуя этот закон, можно определить величину теплообмена из
лучением в производственных условиях.
Биологическое действие. Действие ИК-излучения при погло
щении проявляется в основном глубинным или поверхностным прогреванием тканей. Длинноволновая (более 1400 нм) часть
спектра задерживается в основном поверхностными слоями кожи, вызывая жжение (калящие лучи). Средневолновая и ко ротковолновая части ИК-излучения и красная часть видимого
излучения проникают на глубину до 3 см и при высоких энерги
ях могут вызывать перегревание тканей, примерам чему может
служить солнечный удар - результат перегревания тканей моз
га. При оптимальных уровнях интенсивности ИК-излучение вы
зывает приятное тепловое ощущение, способствует тепловому
равновесию организма с окружающей средой. Переносимость
действия ИК-излучения кожей зависит от мощности этого из
лучения (см. ниже):
Характеристика действия Иmенсивность излучения,
МДж/(м2 ·ч)
Слабое, переносится неопре-
деленно долго .............................................................. 1-2,01
Умеренное, переносится
3-5 мин .................................................................... 2,01-3,77
Среднее, переносится 25-60 с ............................... .4,02-7,54
Сильное, переносится 10-12 с ................................. 7,54-10,05
Очень сильное, переносится 2- 5 с .......................... > 12,56
При локальном действии на ткани ИК-излучение несколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные процессы, рост клеток, кровоток. Активные продукты распада, образующи еся 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-излу- · чение обладает противовоспалительным действием и поэтому ис пользуется в лечебной практике как физиотерапевтическое сред ство.
Организм человека, благодаря экзотермическим реакциям об- ,
мена веществ, генерирует тепловую энергию, большая часть кото рой выделяется поверхностью кожи в виде ИК-излучения. Это ле- ·
жит в основе обмена тепла организма с окружающей средой и , поддержании постоянства температуры тела.
Согласно основному закону термодинамики, тепловая энергия
передается от более нагретого тела менее нагретому, что имеет
большое значение в теплообмене человека. Если температура по
верхности тела человека выше температуры окружающих поверх
ностей, человек отдает тепло излучением, если окружающие по верхности имеют более высокую температуру, то человек получает
от них тепло. Радиационные теплопотери организма можно рас считать по следующему уравнению
Q = crS1(KtTn в.т- К2Тn ед),
где Q - величина потерь теплоты излучением, Дж; а - постоян ная Стефана-Больцмана; S- площадь радиационной поверхнос ти тела, м2 ; 1 - время, ч; К1 и К2 - коэффициенты <<Черноты» (излучения) поверхностей (для тела и большинства поверхностей равны 0,8-0,96); Тnов.т и Тnред - абсолютные температуры соот ветствующих поверхностей, К.
В обычных условиях у человека существуют определенные меха
низмы, предотвращающие вредное воздействие ИК-излучения на
орган зрения - мигательный, зрачковый и другие рефлексы. В ес
тественных условиях ИК-излучение обычно сочетается с интен-·
сивным излучением видимого диапазона, и это совместное дей
ствие достаточно эффективно ограничивает дозу излучения, про
никающего внутрь глаза. Однако с появлением Производетвен
источников «чистого>> ИК-излучения защитные механизмы не
гда могут сыграть свою роль.
Еще в XIX в. бьшо известно, что у рабочих
стеклодувных и тому подобных производств развивалась
Она возникала вследствие поглощения ИК-энергии иРттn.f'nртт,f'ТI>Ри
но в хрусталике либо в результате нагрева хрусталика путем переноса от радужки и влаги от камеры глаза. Сейчас это зaiJOJieEia ние у них выявляется значительно реже.
Поглощение ИК-излучения в коже человека в значительной степени зависит от оптических характеристик кожного покрова - от его спектральных характеристик отражения, поглощения и про пускания. Основным биологическим эффектом при воздействии ближнего ИК-излучения являются ожоги, усиление пигментации кожи. При хронических, многократно повторяющихся обручениях изменение пигментации может становиться стойким (<<Эритема подобный>> цвет лица у рабочих- стеклодувов, сталеваров).
Воздействие ИК-излучения на организм может проявляться не только в виде местных, но и общих реакций, причем коротковол новое ИК-излучение обладает более выраженным общим воздей ствием. Большое количество поглощенного ИК-света приводит к перегреву и повышению температуры организма вследствие нару шения гамеастатических механизмов терморегуляции. При этом происходит снижение физической работоспособности, функцио нальных возможностей организма.
Колебания теплового облучения человека на рабочих местах за висят от многих причин: характера технологического процесса, температуры источника излучения, расстояния рабочего места от источника излучения, степени теплоизоляции, наличия средств индивидуальной и коллективной защиты.
Гигиеническое нормирование и профилактика. Основными направ лениями рекомендаций по оздоровлению условий труда являются
совершенствование технологических процессов с учетом гигиени
ческих требований, снижение интенсивности тепловых излучений,
совершенствование систем вентиляции, кондиционирования воз духа, организация физиологически обоснованных режимов труда
и отдыха, питьевого режима, обеспечение работников средствами индивидуальной защиты (СИЗ).
В целях профилактики неблагаприятного действия ИК-излуче ний для работ разной степени тяжести установлены сочетания тем пературы и скорости движения воздуха при воздушном душирова нии. Разработаны рекомендации по обеспечению СИЗ в зависимо сти от величины теплового излучения, продолжительности пери одов непрерывного облучения и пауз при различных уровнях ИК излучения (табл. 5.15).
В СанПиИ 2.2.4.548-96 <<Гигиенические требования к микро климату производственных помещений>> указаны ПДУ теплового облучения поверхности тела работающих от производственных источников, Втjм 2 , для поверхности тела 25-50%:
50 % и более................................................................................. 35
25-50% ............................................................................. 70
Не более 25 %.............................................................................. 100
Допустимые значения интенсивности теплового облучения ра ботников от источников излучения, нагретых до белового и крае-
|
Рекомендуемая продолжительность непрерывного ИК-облучення
| Интенсивность облучения, Втjм2 | Продолжитель- ность непрерывно- го облучения, мин | Продолжитель- ность паузы, мин | Соотношение времени облучения и пауз |
| 2,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,0 | |||
| 0,7 | |||
| 0,5 | |||
| 0,33 | |||
| 3,5 | 0,30 |
наго свечения (раскаленный или расплавленный металл, стекло, пламя и пр.) не должны превышать 140 Втjм2 • При этом облуче нию не должно подвергаться более 25 % поверхности тела и обяза тельным является использование средств индивидуальной защи ты, в том числе защиты лица и глаз.
При наличии теплового облучения работающих температура ..
воздуха на рабочих местах не должны превышать в зависимости от
категории работ следующих значений: 25 ос -при категории работ Ia;
24 ос -при категории работ lб; 22 ос -при категории работ Па; 21 ос -при категории работ Пб; 20 ос -при категории работ 111.
Предварительные перед поступлением на работу и периодиче
ские (раз в полгода, год, два) медицинские осмотры проводятся во избежание возникновения профессиональных и повышения уровня производственно обусловленных заболеваний. На работы, где работники имеют контакт с ИК-излучением, нельзя прини-' мать лиц с хроническими повторяющимися заболеваниями глаз, · выраженной вегетативно-еосудистой дистонией и катарактой (по мутнением хрусталика глаза).
Оптическое (видимое) излучение. Несмотря на то, что оптиче-· ское излучение в спектре ЭМИ занимает очень узкий
(400-700 нм), по физиологическому и гигиеническому значе
оно занимает ведущее место. Основное свойство оптического излу
чения - способность вызывать световое ощущение. По С. И. Вави
лову, <<свет- необходимое условие для работы глаза, самого тон
кого, универсального и могучего органа чувств>>.
Свет дает около 80 % информации из внешнего мира. Он оказы
вает благоприятное влияние на организм, стимулирует его
деятельность, усиливает обмен веществ, улучшает общее самочув ствие, эмоциональное настроение, повышает работоспособность. Свет обладает также тепловым действием: на долю видимого излу чения в солнечном спектре приходится около половины общей тепловой энергии.
Свет оздоровляет окружающую среду. Где лучше освещение, там чище, суше, опрятнее, эстетичнее помещение. Нерациональное, включая недостаточное, освещение отрицательно сказывается на функции зрительного анализатора, повышает утомляемость, сни жает работоспособность человека и производительность его труда, способствует росту производственного травматизма. Длительное отсутствие или недостаточность видимого излучения может при водить к развитию патологических состояний (аномалии рефрак ции, нарушения биологических ритмов, изменения в централь ной нервной системе, нарушения биохимических и иммунных реа кций).
Физические основы освещения. Электромагнитное излучение, вы зывающее световое ощущение, называется оптическим излучени ем, а мощность такого излучения -световым потоком. Излучения равной мощности, но разной длины волны обладают неодинако вой световой эффективностью, т. е. вызывают неодинаковое свето nое ощущение.
Освещенность- мера количества света, падающего на поверх ность от окружающей среды и локальных источников. Яркость- это фотометрическая величина, соответствующая психологическому ощущению светимости. Уровнем яркости светящейся поверхности оnределяется ее блескость. Яркость, превышающая 5000 кдjм2 , вы зывает чувство слепимости.
Зрительные функции. Интегральной функцией зрительного ана лизатора является восприятие освещенного объекта. В основе этого лежат следующие зрительные функции.